要智勇

(河北钢铁集团矿业公司，河北 秦皇岛 066000)

0 引言

庙沟铁矿地处河北省青龙满族自治县祖山镇，设计开采规模300 万t/a，开采方式为露天开采，后期转为地下开采方式为无底柱崩落法。现在正处于露天开采期末，地下矿基建关键时期。露天采场开采深度不断增加以及周围逐渐形成封闭状态，矿山水文地质条件也随之发生了变化，可能对矿山建设和生产安全产生不利的影响。为此，对矿区现有的水文地质条件进行分析研究，重新确定矿山水文地质类型是非常必要的。

1 矿区自然地理条件分析

矿区地形较陡，地形坡度一般40°～60°，局部地段大于80°，利于降雨排泄。近几年平均降雨量为698.9 mm，7～8月降雨量高达406.8 mm，大概占到全年降雨总量的58.2%。矿区东西两侧各有一条小溪，在矿区东北部汇合，流入牛心山河[1]。河内常年有水，汛期洪水流量较大，但历时较短，平时流量较小。

2 矿区地层富水性分析

2.1 第四系孔隙含水层

矿山第四系沉积物质，主要沿山沟、山谷以及山麓展布，一般厚度0.5～5 m。矿山采剥岩土多数堆积在采坑周边的沟谷中，堆积的厚度不等。第四系地层孔隙发育透水效果好，其中不可避免含有一定量的孔隙水，然而富水性不太均匀。单位涌水量为q=0.281～1.98 L/(s·m)，渗透系数为21.39～30.22 m/d，矿化度为187.1～30.22 mg/L。

2.2 基岩风化裂隙含水层

矿区内岩石主要为变质岩以及岩浆岩两大类，岩浆岩包括花岗岩和变质闪长岩，分布于矿区南部和西部。花岗岩岩体风化裂隙不发育，风化带的深度不大于10 m。变质岩风化强烈，裂隙发育，风化深度20～50 m。裂隙潜水普遍存在于不同岩类风化带之中，但是富水性差，水量不大，主要补给来源于大气降雨，并且大多会以径流方式随地形坡向排泄。单位涌水量为q=0.011～0.031 L/(s·m)，渗透系数范围是0.035 5～0.083 m/d，pH值为8.30～9.12，矿化度为186.3～187.1 mg/L。

2.3 脉状构造裂隙承压水含水层

矿体及围岩被矿区南部响山花岗岩侵入破坏。响山花岗岩侵入矿床造成接触带处局部裂隙发育，有脉状裂隙含水层。此类含水层沿侵入的接触带不均匀展布，倾伏于矿体和围岩之下，由南往北逐步加深。矿体及围岩构成相对隔水层，组成脉状裂隙含水层顶板。此类含水层在侵入接触带露头之外获得大气降雨的补给，沿着构造的裂隙运动。因为补给区域海拔位置较高，并且有较好隔水顶板，使得矿区南部的脉状含水层逐步形成。单位涌水量取值q=0.024 0～0.51 L/(s·m)，渗透系数取值0.025～0.085 m/d，水化学类型为SO4·HCO3-Na·Ca型，pH值取值7.4～9.54，矿化度取值为189.4～282.0 mg/L。

查询矿区深部补勘资料可知，所有控制到花岗岩的钻孔，所见接触带裂隙均不发育，岩层致密。孔内水位没有明显变动。表明侵入响山花岗岩体与矿床接触带裂隙不发育。

3 断裂构造的富水性

矿山区只有F1及F2两条断层，基建期井巷工程未揭露其他构造[2]。

F1断层在矿区北侧勘探线5～9线之间展布，长度约为150 m，规模不大，断层破碎带岩石主要是挤压片岩，裂隙发育程度低，透水性不好，可以当作是矿区内的相对隔水层。

F2断层在矿区南侧勘探线10～2线间，长度约为430 m，局部裂隙发育，具有一定透水性，但富水不均匀。对连通深部承压含水层起到一定的导水作用。主要填充物由破碎岩、挤压片岩、糜棱岩构成。透水性较好。

水文地质孔1，孔深度为175.7 m，终孔标高为330 m，控制断层标高在360 m附近。断层破碎带宽2.8 m，以构造角砾岩为主。岩石致密结构，裂隙发育差，微弱含水，透水性差。抽水试验表明钻孔水量很小。两个钻孔相距10 m，都控制到了F2断层，但一个严重漏水、一个不漏水。说明断层深部含水微弱，富水不均一，但具一定导水性。

4 矿区水文地质条件现状调查

4.1 矿坑充水因素调查

露天开采时期主要为雨季降雨地表径流涌入露天采坑造成矿坑充水，围岩含水影响微弱。在转入地下开采后，开采方式为无底柱崩落法，矿坑充水转变为雨季降雨和深部围岩构造水、裂隙水方面因素影响。

降雨对矿坑充水造成的影响：矿坑充水受到降雨的影响，雨季造成矿坑涌水量增大，旱季时涌水量相应减少，矿坑内涌水量值变化受季节影响显著。

围岩对矿坑充水的影响：矿坑充水直接来源为风化裂隙水及构造裂隙脉状水，多以渗水、滴水形式进入坑道，一般位于挤压破碎带两则，但含水微弱。

4.2 矿山水文勘探孔数据

矿山在施工竖井前共施工竖井勘察孔4个，其中主井勘察孔编号为ZK1。钻孔施工完成后进行了抽水试验，并对竖井施工过程中各层涌水量进行预测，详见表1。

根据施工钻孔揭露的地层和现场做抽水试验的结果来看，矿山区域内第四系含水层的厚度较薄、富水性较好、透水性好，基岩风化带和完整基岩属于弱富水地层、弱透水性含水地层。

表1 主井施工涌水量预测一览表

4.3 矿区静止水位数据

据河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队提交的《河北省青龙满族自治县庙沟铁矿深部补充勘探地质报告》，矿区钻孔静止水位为506.06 m(见表2)。

表2 钻孔静止水位一览表 /m

4.4 矿区涌水量调查

经过矿山实际排水情况统计分析，对矿区涌水量有了基本了解。矿山在有排水明渠，地表汇水可直接排出，在420 m水平设有排水水泵，地表汇水可直接排除露天采坑。

现阶段在东风井240 m中段、斜井1的160 m中段、斜井2的380 m中段、副井及主井各采区均有独立的水仓，根据矿山排水资料，矿山枯水期涌水量为2 738 m3/d，雨季最大排水量为3 557 m3/d。

5 矿床水文地质变化趋势预测

5.1 地表采坑涌水量预测

地表采坑枯水期无水，在雨季接受降雨的补给。矿山在西部箭杆沟及东部冰沟均修建排水沟，矿山在564 m水平及420 m水平均修建排水沟，地表采坑降水均可排出地表，降雨的补给均来自露天采坑420 m标高边界线内。

根据地区气象局资料，日最大降水为0.291 m，420 m标高开采境界控制面积为62 162 m2，露天采坑平常无积水。预测雨季最大日积水量为：62 162×0.291=18 029 m3/d。

5.2 矿坑涌水量预测

矿坑涌水量选用水文地质比拟法：上下坑道采矿面积相差不太大，该次只从坑道涌水量与降深相关方面进行预测。矿坑涌水量预测的计算公式如下：

Q=Q0×[S×F/(S0×F0)]

式中：Q—设计新矿坑涌水量，m3/d；Q0—生产矿坑涌水量，m3/d；S0—生产矿坑水位降深，m；S—预计矿坑水位降深，m；F—预计矿坑揭露面积，m2；F0—生产矿坑揭露面积，m2。

据矿山开发利用方案，矿山开采分为345 m、240 m、120 m、0 m四个中段，中段标高120 m，其中每个中段又以15 m标高分一个分段。现矿山副井、东风井、西风井均已经达到设计标高，斜坡道已到+160 m水平，矿山设计施工巷道标高为0 m，主井设计最低深度标高为-160 m。本次只预测主井-160 m水平及施工巷道0 m水平坑道涌水量。

1)施工巷道0 m水平坑道涌水量预测

据深部补勘报告，矿区静止水位标高为506.06 m，现施工巷道最低标高为+160 m水平，预测130 m水平生产矿坑水位降深为506.06-130=376.06 m；预测0 m坑道水位降深：506.06-0=506.06 m。生产坑道面积为140 046 m2，预计0 m坑道面积214 374 m2。

预测0 m水平坑道正常涌水量：

Q正常=Q0×[S×F/(F0×S0)]

=1 972×[506.06×214 374/(140 046×376.06)]

=4 062 m3/d；

预测0m水平坑道最大涌水量：

Q最大=Q0×[S×F/(F0×S0)]

=2 980×[506.06×214 374/(140 046×376.06)]

=6 139 m3/d。

2)主井-160 m水平坑道涌水量预测

据岩土勘察报告，主井施工时正常水位标高为499.20 m，现副井已到设计深度-27 m水平，主井将施工到-160 m水平，预测副井-27 m水平水位降深为499.20+27=526.20 m；预测主井-160 m水平水位降深为499.20+160=659.20 m。

预测主井-160 m水平坑道正常涌水量：

Q正常=Q0×(S/S0)

=360×(659.20/526.20)

=451 m3/d；

预测主井-160 m水平坑道最大涌水量：

Q最大=Q0×(S/S0)

=916×(659.20/526.20)

=1 148 m3/d。

预测井下正常涌水量：

①Q正常+②Q正常=4 513 m3/d；

预测井下最大涌水量：

①Q最大+②Q最大=7 287 m3/d。

6 结语

矿山现为露天开采，水文地质类型为简单型。地下采矿工程建设正在施工中，虽然露天采坑旱季无水，但在雨季集中强降雨情况下，采坑将形成积水区；受采掘是爆破影响围岩裂隙逐渐发育，加上矿区内断层影响对地下采矿涌水有一定补给。通过建设期地下用水量预测，-160 m水平坑道为地下矿最低处水位，预测主井井下正常涌水量约为188 m3/h，井下最大涌水量约为303.6 m3/h。根据矿井水文地质类型划分，当前矿井涌水量在180 m3/h