论文部分内容阅读
[摘要]本文根据某铁矿的水文地质调查的基础上，阐述了铁矿矿坑涌水量预测的相关研究，望同行参考指正。
[关键词]水文地质模型 矿坑涌水量 坎上铁矿
[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-7-249-1
1研究区概况
该铁矿为鞍山式铁矿，铁矿层产于太古界单塔子群白庙子组。矿体呈似层状产出，产状向西陡倾。矿区分为南北两个矿段，两矿段矿体相距825m。，经地质详查，取得铁矿石资源量（332+333）4311.8 万吨，属中型矿床。矿区水文地质结构由四个含水层和两个弱透水层构成。
2水文地质条件的新认识
通过对铁矿南矿段进行补充勘查，基本查明南矿段的水文地质条件，并取得了以下新认识：
（1）矿区内不存在断层。
（2）南矿段第四系第一含水层与第二含水层之间存在稳定的粘性土层，该粘性土层在矿区及其周边连续分布，对于阻止强富水的第四系第一含水层孔隙水进入矿井至关重要。
（3）南矿段第四系第二含水层中等富水，第四系底部粘性土层分布不连续，与基岩裂隙水之间存在水力联系。
（4）南矿段基岩渗透性与富水性在水平及垂直方向的分布极不均匀，一般为弱富水，矿带中南部及其西侧附近地段达到中等富水。
3矿区水文地质模型
3.1矿区水文地质结构
（1）第四系第一含水层：底界埋深45.0～57.1m，含水层总厚度29～49.11m，含水层主要岩性为较纯净的卵石、砾石、砾砂，其次为中砂、粗砂，卵石粒径一般2～5cm，最大10～27 cm。根据民井简易抽水试验结果，q=10.16～83.33L/s.m，K=144.57～770.26m/d，属于极强富水含水层。
（2）第一弱透水层：该层分布连续、较稳定，底界埋深47.28～75.91m，矿区及周边不存在透水天窗。岩性为粉质粘土夹薄层浅黄色粉土或灰黑色淤泥质粘土，局部为泥包砾。厚度一般为2.0～20.41m。20 个原状土样的室内试验结果表明，该层隔水性较好，垂向渗透系数0.00002-0.00417 m/d。
（3）第四系第二含水层：底界埋深55.5-88.86m，厚度6.36-27.34m，见图1。含水层主要岩性为中等风化的砾砂、砾石层，其次为中等风化的中砂、粗砂、卵石。其中卵石粒径一般为2-7cm，最大可达7-10cm，小于第一含水层。长石颗粒风化，手捻成粉末状。根据抽水试验资料， q=0.011～1.07L/s.m，K=0.15～7.953m/d，属于弱-中等富水含水层。北矿段弱富水，南矿段中等富水。
（4）第二弱透水层由第四系底部粘性土层和基岩强风化层组成，底界埋深62.20～109.26m，厚度3.1-35.21m。第四系底部粘性土层岩性以粉质粘土为主，分布不稳定，局部缺失，透水性差，7 个原状土样的室内试验结果表明，垂向渗透系数0.0000087 -0.01719 m/d。强风化带（含全风化）底界埋深62.20～109.26m，厚度3.10～24.90m。基岩强风化带透水性差，注水试验与抽水试验 K=0.0074～0.078m/d。
（5）风化裂隙水：基岩弱风化带底界埋深73.98～139.91m，厚度2.05～50.02mm。属于弱-中等富水含水层。8 个孔的单孔稳定流三次降深抽水试验q=0.0081-0.263L/s.m，K=0.015-15.984m/d。北矿段弱富水，南矿段中等富水。
（6）构造裂隙水：基岩破碎带总厚度2.0-50.67m。构造裂隙含水层属于弱富水-中等富水含水层，14 个孔单孔稳定流三次降深抽水试验：s=5.28～99.81m，Q=1.419-25.668m3/h， q=0.005-0.344 L/s.m，K=0.038-3.315m/d。北矿段弱富水。南矿段在180m 以上弱富水;180m 以下在矿带中南部及其西侧附近地段达到中等富水，其它地段为弱富水。在利用矿区地质、水文地质钻孔，参考物探成果，并搜集了矿区周边钻孔资料基础上，编制了矿区含水层、弱透水层厚度及底板高程分布图。
3.2含水层间的水力联系
（1）第四系第二含水层与基岩裂隙水之间存在较密切的水力联系。南矿段构造裂隙水7 天群孔抽水过程中，SK6、SK7、SK13 号孔总抽水量91.416 m3/h，附近的第四系第二含水层观测孔（SK15）在6 分钟后观测到水位下降，24 小时水位累计下降0.788m，48 小时抽水累计下降0.909m，7 天抽水结束时累计下降1.01m。北矿段第四系第二含水层观测孔（SK10、SK11）亦观测到水位降，7 天抽水结束时累计下降0.13-0.23m。表明构造裂隙水与上覆第四系第二含水层孔隙水存在水力联系。
（2）第四系第一含水层与基岩裂隙水之间没有水力联系在南矿段进行的基岩构造裂隙水群孔抽水试验，第一含水层观测孔均未观测到水位下降。北矿段进行的孔组抽水试验也证明了这一点。
（3）基岩构造裂隙水与风化裂隙水存在相对较密切的水力联系孔组抽水试验表明，无论是在风化裂隙水抽水还是在构造裂隙水抽水，另一含水层4-40 分钟后即观测到水位下降，最大降深达0.080-0.355m。第四系第二含水层的抽水试验中，不仅风化裂隙水有降深，构造裂隙水也有较明显的下降，最大降深达0.085-0.120m。
（4）南矿段与北矿段之间的基岩构造裂隙水存在水力联系南矿段群孔抽水试验期间，除第四系第一含水层外，北矿段不同层位的观测孔，均有观测孔观测到水位下降，表明两个矿段之间存在水力联系。
4矿坑涌水量预测
4.1矿坑涌水量预测
利用已验证后的数值模型，针对矿区开发利用方案，预测北矿段和南矿段单独开采与联合开采时各开采水平矿坑涌水量。
4.2矿坑涌水量评价
两种方法的矿坑涌水量预测结果接近。目前矿区水文地质模型已基本建立，含水层的水力联系已基本查清，矿床开采方案已基本确定，考虑到在处理复杂的多层越流系统及非均一含水系统方面，数值法具有大井法无法比拟的优越条件，确定矿坑涌水量采用数值法的预测成果。
5结论
铁矿的水文地质条件经过多次勘查后已基本查明。矿区水文地质结构系由第四系第一含水层、第一弱透水层、第四系第二含水层、第二弱透水层、风化裂隙水和构造裂隙水构成的复杂的多层越流系统。其中，矿区第四系第二含水层、风化裂隙水、构造裂隙水在北矿段和南矿段具有明显的差异性。
[关键词]水文地质模型 矿坑涌水量 坎上铁矿
[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-7-249-1
1研究区概况
该铁矿为鞍山式铁矿，铁矿层产于太古界单塔子群白庙子组。矿体呈似层状产出，产状向西陡倾。矿区分为南北两个矿段，两矿段矿体相距825m。，经地质详查，取得铁矿石资源量（332+333）4311.8 万吨，属中型矿床。矿区水文地质结构由四个含水层和两个弱透水层构成。
2水文地质条件的新认识
通过对铁矿南矿段进行补充勘查，基本查明南矿段的水文地质条件，并取得了以下新认识：
（1）矿区内不存在断层。
（2）南矿段第四系第一含水层与第二含水层之间存在稳定的粘性土层，该粘性土层在矿区及其周边连续分布，对于阻止强富水的第四系第一含水层孔隙水进入矿井至关重要。
（3）南矿段第四系第二含水层中等富水，第四系底部粘性土层分布不连续，与基岩裂隙水之间存在水力联系。
（4）南矿段基岩渗透性与富水性在水平及垂直方向的分布极不均匀，一般为弱富水，矿带中南部及其西侧附近地段达到中等富水。
3矿区水文地质模型
3.1矿区水文地质结构
（1）第四系第一含水层：底界埋深45.0～57.1m，含水层总厚度29～49.11m，含水层主要岩性为较纯净的卵石、砾石、砾砂，其次为中砂、粗砂，卵石粒径一般2～5cm，最大10～27 cm。根据民井简易抽水试验结果，q=10.16～83.33L/s.m，K=144.57～770.26m/d，属于极强富水含水层。
（2）第一弱透水层：该层分布连续、较稳定，底界埋深47.28～75.91m，矿区及周边不存在透水天窗。岩性为粉质粘土夹薄层浅黄色粉土或灰黑色淤泥质粘土，局部为泥包砾。厚度一般为2.0～20.41m。20 个原状土样的室内试验结果表明，该层隔水性较好，垂向渗透系数0.00002-0.00417 m/d。
（3）第四系第二含水层：底界埋深55.5-88.86m，厚度6.36-27.34m，见图1。含水层主要岩性为中等风化的砾砂、砾石层，其次为中等风化的中砂、粗砂、卵石。其中卵石粒径一般为2-7cm，最大可达7-10cm，小于第一含水层。长石颗粒风化，手捻成粉末状。根据抽水试验资料， q=0.011～1.07L/s.m，K=0.15～7.953m/d，属于弱-中等富水含水层。北矿段弱富水，南矿段中等富水。
（4）第二弱透水层由第四系底部粘性土层和基岩强风化层组成，底界埋深62.20～109.26m，厚度3.1-35.21m。第四系底部粘性土层岩性以粉质粘土为主，分布不稳定，局部缺失，透水性差，7 个原状土样的室内试验结果表明，垂向渗透系数0.0000087 -0.01719 m/d。强风化带（含全风化）底界埋深62.20～109.26m，厚度3.10～24.90m。基岩强风化带透水性差，注水试验与抽水试验 K=0.0074～0.078m/d。
（5）风化裂隙水：基岩弱风化带底界埋深73.98～139.91m，厚度2.05～50.02mm。属于弱-中等富水含水层。8 个孔的单孔稳定流三次降深抽水试验q=0.0081-0.263L/s.m，K=0.015-15.984m/d。北矿段弱富水，南矿段中等富水。
（6）构造裂隙水：基岩破碎带总厚度2.0-50.67m。构造裂隙含水层属于弱富水-中等富水含水层，14 个孔单孔稳定流三次降深抽水试验：s=5.28～99.81m，Q=1.419-25.668m3/h， q=0.005-0.344 L/s.m，K=0.038-3.315m/d。北矿段弱富水。南矿段在180m 以上弱富水;180m 以下在矿带中南部及其西侧附近地段达到中等富水，其它地段为弱富水。在利用矿区地质、水文地质钻孔，参考物探成果，并搜集了矿区周边钻孔资料基础上，编制了矿区含水层、弱透水层厚度及底板高程分布图。
3.2含水层间的水力联系
（1）第四系第二含水层与基岩裂隙水之间存在较密切的水力联系。南矿段构造裂隙水7 天群孔抽水过程中，SK6、SK7、SK13 号孔总抽水量91.416 m3/h，附近的第四系第二含水层观测孔（SK15）在6 分钟后观测到水位下降，24 小时水位累计下降0.788m，48 小时抽水累计下降0.909m，7 天抽水结束时累计下降1.01m。北矿段第四系第二含水层观测孔（SK10、SK11）亦观测到水位降，7 天抽水结束时累计下降0.13-0.23m。表明构造裂隙水与上覆第四系第二含水层孔隙水存在水力联系。
（2）第四系第一含水层与基岩裂隙水之间没有水力联系在南矿段进行的基岩构造裂隙水群孔抽水试验，第一含水层观测孔均未观测到水位下降。北矿段进行的孔组抽水试验也证明了这一点。
（3）基岩构造裂隙水与风化裂隙水存在相对较密切的水力联系孔组抽水试验表明，无论是在风化裂隙水抽水还是在构造裂隙水抽水，另一含水层4-40 分钟后即观测到水位下降，最大降深达0.080-0.355m。第四系第二含水层的抽水试验中，不仅风化裂隙水有降深，构造裂隙水也有较明显的下降，最大降深达0.085-0.120m。
（4）南矿段与北矿段之间的基岩构造裂隙水存在水力联系南矿段群孔抽水试验期间，除第四系第一含水层外，北矿段不同层位的观测孔，均有观测孔观测到水位下降，表明两个矿段之间存在水力联系。
4矿坑涌水量预测
4.1矿坑涌水量预测
利用已验证后的数值模型，针对矿区开发利用方案，预测北矿段和南矿段单独开采与联合开采时各开采水平矿坑涌水量。
4.2矿坑涌水量评价
两种方法的矿坑涌水量预测结果接近。目前矿区水文地质模型已基本建立，含水层的水力联系已基本查清，矿床开采方案已基本确定，考虑到在处理复杂的多层越流系统及非均一含水系统方面，数值法具有大井法无法比拟的优越条件，确定矿坑涌水量采用数值法的预测成果。
5结论
铁矿的水文地质条件经过多次勘查后已基本查明。矿区水文地质结构系由第四系第一含水层、第一弱透水层、第四系第二含水层、第二弱透水层、风化裂隙水和构造裂隙水构成的复杂的多层越流系统。其中，矿区第四系第二含水层、风化裂隙水、构造裂隙水在北矿段和南矿段具有明显的差异性。