大水矿山基建进程中水文地质条件再分析

郑翠敏，马艳思，王瑞霞，李　川

(河北金元矿业有限公司，　河北 邯郸市　05600)



大水矿山基建进程中水文地质条件再分析

郑翠敏，马艳思，王瑞霞，李川

(河北金元矿业有限公司，河北 邯郸市05600)

南李庄铁矿基建工程水害影响突出，原水文地质条件勘探报告已不能满足工程建设的精细化要求，基于已有地质资料，通过统计分析矿山副井、风井及矿体帷幕等在建工程的相关数据和过程资料，对矿区水文地质条件进一步探索，总结水位变化、验证F6断层性质为导水性、摸清矿区溶洞分布规律及矿井-129～-150 m段尤为复杂的水文地质条件，为后期平巷开拓、风井及主井等工程施工提供参考。

水害；水位；导水性断层；溶洞；水文地质条件

随着资源的开采，矿山从浅部或露天开发逐步向深部探索，地层深部资源赋存环境的认识难度增大，故矿山建设工程对勘探设计、工程实施技术、精准性以及水害防治工作的要求相应提高，对开发矿山水文地质条件认识程度的要求也越来越高。当前国内外矿山工作除煤炭矿山的瓦斯灾害为矿山建设第一灾害外，水害已成为矿山建设的第二大灾害[1]，涌水防治工作不得不引起矿山工作者的高度重视，而对于水文地质条件的客观认识则是首要基础工作。

1　工程概况

南李庄铁矿前期深受水害影响，在长达6年的基建过程中，频发涌水事件，面对如此复杂和罕见的矿山建设及水害困难，随着周边环境的不断变化，原水文地质报告部分数据或内容已不能满足指导矿山建设的客观要求，综合已有资料和工程揭露信息，提高对矿山水文地质条件的认识程度已迫在眉睫。

南李庄铁矿属富含奥灰岩溶水的大水矿山，位于邯郸市西部丘陵地区，矿山设计建设主井、副井和风井3条竖井，以及矿体帷幕防治水工程，当前处于基建期，副井已掘砌至设计井底标高-208 m，目前正在开拓-175 m水平平巷，主井已掘砌至静水位以下标高，风井工程开拓至-60 m水平暂停施工，矿体帷幕注浆工程已全部完成野外钻注施工。水害问题不仅严重制约了工程进度，同时大大增加了矿山建设的投入成本，为了更客观高效地做好防治水工作，随着矿山基建工作的推进，与实际工程施工中遇到问题相结合，进一步摸清矿区水文地质特点成为矿山建设工作的重要内容。

本文综合矿山前期水文地质资料及帷幕注浆工程、副井工程、风井工程等各项工程建设资料，提出现期水文地质条件的新认知，与矿山建设相辅相成，同时为类似大水矿山的建设提供参考。

2　前期水文地质勘察

2.1地质条件

南李庄铁矿床位于“祁、吕、贺兰”山字型构造东翼边缘弧的东侧，太行山隆起带与华北沉降带两个不同构造单元的过渡地带，鼓山断折束北部的倾没端[2]。

矿区内出露的主要地层为奥陶系中统，石炭系中、上统，二迭系下、上统及第四系。胡峪铁矿含矿层位为中奥统上马家沟组第二段O22-2，第一段O22-1，下马家沟组第二段O21-2。上马家沟组第二段(O12-1)。

矿区内构造极为发育，主要表现为褶皱和断裂，有一北东-南西走向断层F6断层贯穿整个矿区；本矿床闪长玢岩分三层侵入，由此产生了三层接触带构造；矿区内破碎带不发育，这是区域挤压应力岩体上隆引起的层间挤压滑动形成的，矿区内出露的岩浆岩主要为闪长玢岩；矿床围岩蚀变主要为大理岩化和绿泥石化，硅化少见。

2.2水文地质条件

矿区处于一个相对独立的水文地质单元[3]，中奥陶统石灰岩含水层是矿区的主要含水层，特征为裂隙岩溶发育，富水性强，在灰岩出露区为潜水，非灰岩裸露区倾伏于石炭系煤系地层以下，岩层一般呈向东倾斜的单斜状，为承压水，岩溶发育和富水性具明显的垂向分带性，岩浆岩隔水层(体)为主要相对隔水层。

矿区矿床属顶底板直接进水的复杂岩溶大水矿床，主要充水因素为奥陶系石灰岩岩溶裂隙水，地下水位标高在93.8～114 m间。矿区石灰岩含水层主要接受降水补给，富水性具有不均一性。岩溶水的径流条件具明显的构造控水规律性，境内岩溶水宏观上西部受鼓山断折束构造控制，东南部受胡峪断裂构造控制，由南向北运动，其水力坡度为0.1%～3.0‰，矿区北部水力坡度大，南部较缓，天然条件下区内岩溶水以集中涌泉的形式或进入隐伏灰岩深循环带排泄。预测-150 m标高矿坑涌水量：枯水期为59180 m3/d，丰水期为74470 m3/d，平均为66825 m3/d。依据前期勘探资料，矿区水文地质条件关键数据见表1。

表1　矿区水文地质条件信息

3　基建工程资料分析

3.1水位变化

(1) 静水位标高。选取矿区增观1水文观测孔2013年较完整且均匀的共16个观测数据进行统计，年平均水位99.13 m，孔水1平均水位99.25 m，矿区水位标高97.69～100.8 m，平均水位99.19 m。

(2) 年内动态。地下水位于2013年水文年内1～5月份水位较高，6～12月水位下降，年内最大变幅为3.09 m。变幅与当年降雨有关，降雨量偏丰年份水位变幅较小，降雨量偏枯年份水位变幅较大，年内变化情况见图1。

图1　2013年南李庄铁矿水位变化

(3) 年际动态。2013年水1观测孔观测水位为99.25 m，2009年水位标高为101.89 m，1994年水位标高为117.07 m，2013年水位相比2009年同比下降2.64 m。1994年与2009年地下水位对比，水位同比下降13.7～15.18 m，多年平均下降速率0.91～1.01 m/a，总体上地下水位呈下降趋势。

3.2F6断层定性

F6断层为北东-南西走向，贯穿整个矿区，风井处于该断层位置，结合南李庄铁矿风井与帷幕注浆工程实施情况，风井附近钻孔地下水动态观测见表3。

由表3可知，F6断层两侧的钻孔地下水位差别较小，验证了断层两侧地下水连通性好、富水性强，F6断层为导水性断层[4]。

表3　断层两侧钻孔地下水水位对比

3.3溶洞分布特点

依据前期勘探报告，岩溶溶孔、溶洞发育，局部见1.2 m高的溶洞；矿山帷幕圈钻孔共设计171个孔，依据帷幕注浆工程资料，矿区揭露溶洞较多，K13见9.09 m高的溶洞，溶洞内一般无填充物，洞壁多生长方解石晶簇。帷幕工程171个注浆孔中共有38个钻孔揭露56个溶洞，从矿区垂向+120～-250 m区间段统计，整体情况见表4。

表4　溶洞垂向分布统计

由表4可知，矿区垂向0～-150 m标高段溶洞较发育，占矿区揭露溶洞总数的55.36%。

3.4矿井水文地质条件再认识

基于矿山已有地质勘探资料成果，经副井工程掘砌进程中的资料整理，统计矿井主要涌水基本信息见表5。

表5　南李庄铁矿副井工程重大出水层位信息

由表5可知，副井-129～-150 m工程段虽经严密注浆封堵治理仍反复出现井筒涌水。

综合施工揭露的工程地质、水文地质信息，归纳矿井-129～-150 m段地质条件特点为：

(1) -129～-150 m工程段井筒位于富含水层，竖向裂隙极其发育

(2) 由于闪长玢岩岩舌在-140～-146 m标高的侵入，其上下接触带岩石发生强烈蚀变，并且受压破碎，导致岩石强度降低，工程地质条件极差；

(3) 由于闪长玢岩岩舌的侵入，使得周边岩层发生受压、发生扭曲现象明显，破碎岩层及呈泥状产出岩层与岩溶裂隙、溶孔发育岩层无规则穿插；

(4) 微裂隙发育岩层及接触带岩层多次出现，岩性破碎，裂隙泥岩填充；

(5) -145～-147 m段属蚀变灰岩层并泥化，存在洞状导水通道。

综上，副井井筒-129～-150m标高段水文地质条件尤为复杂[5]。

4　总　结

经过对基建工程中副井、风井及帷幕注浆工程的各项资料数据整理和综合分析，在已有水文地质勘探报告的基础上，确定南李庄铁矿部分水文地质参数或指标如下：

(1) 矿区静水位标高为97.69～100.8 m，平均标高为99.19 m，年际地下水位总体上呈下降趋势；

(2) 矿区F6断层为导水性断层；

(3) 矿区最大溶洞高度为9.09 m，矿区溶洞在垂向0～-150 m段最密集，占矿区揭露溶洞综述的55.36%；

(4) 矿区副井-129～-150 m水平段岩层裂隙高角度发育、蚀变灰岩层多次出现、微裂隙发育、大溶洞发育、岩层及接触带岩层反复无规则出现，水文地质条件尤为复杂。

随着矿山建设周边环境的不断变化和各项工程施工的推进，南李庄铁矿对以后施工中揭露的地质信息仍要不断的分析总结与完善。

[1]姜文富，贺可强，李兴，等.白像山铁矿东西大巷突水因素及防治措施剖析[J].金属矿山，2009(6):1￣5.

[2]王国栋.邯邢铁矿田地区地下水开采现状与对策[J].地下水,2009(04).

[3]冯创业,张敬滨,张增勤,等.南李庄铁矿矿山水文地质评价报告[R].石家庄：河北水文工程地质勘察院,2010,12.

[4]程久龙.矿山采动裂隙岩体地球物理场特征研究及工程应用[J].中国矿业大学学报,2008(06):877￣879.

[5]GB12719-91.矿区水文地质工程地质勘探规范[S].

2016￣01￣21)

郑翠敏(1983-)，女，河南濮阳人，中级工程师，硕士，主要从事水文地质工作，Email：zcmhelan@126.com。