某铁矿区水文地质条件浅析

某铁矿区水文地质条件浅析水文地质勘查是地质勘查找矿的重要组成部分，通过水文地质勘查查明矿区的水文地质条件，为矿山设计开采提供依据。

本文通过对某矿区水文地质条件的分析，基本阐明了矿区的水文地质条件，预测了矿井涌水量。

标签：矿区水文地质条件浅析1矿区概况矿区面积43.92km2。

矿床类型为隐伏沉积变质型，矿体赋存于新太古代泰山岩群山草峪组变质地层中，矿体埋深一般为550～800m。

呈层状、似层状产出，总体走向300～310°，总体倾向NE，倾角80～89°。

矿床开采技术条件为Ⅱ-4型。

共查明铁矿石资源量62228.9万吨。

2矿区水文地质条件矿区范围内主要各含水岩组水文地质特征分别叙述如下：2.1第四系松散层孔隙潜水及基岩风化裂隙潜水含水岩组（1）第四系松散层孔隙含水岩组矿区内大面积分布，厚度10～30m不等，厚度不均，其成因为冲洪积、坡积或残积物所形成，成份为砂质、云母和砂砾石粘土组成，基本无厚砂层含水层分布，水位变化受大气降水影响变化较大，地下水埋藏深度1～3m，水化学类型为HCO3·SO4—Ca·Mg· Na型水，矿化度655.35 mg/L，总硬度376.85mg/L，地下水接受大气降水，农田灌溉及雨季河流侧渗补给，径流趋势为北向南径流，以人工开采，侧向径流为主要排泄方式。

（2）基岩风化裂隙潜水含水岩组主要岩性为砂岩及泥灰岩、泥岩，位于第四系松散层孔隙含水层覆盖之下，风化层深度50～80m不等，与第四系水力联系密切，动态水位变化一致。

本含水岩组钻孔中进行抽水试验两次，渗透系数0.5208～0.6965m/d，水位年变幅一般1～2m，最大3～5m，水化学类型为HCO3—Ca·Na+型水，矿化度646.99 mg/L，总硬度293.76mg/L，地下水接受大气降水经第四系下渗补给，基岩裸露区直接接受大气降水补给，径流趋势为北向南径流，以人工开采，侧向径流为主要排泄方式。

2.2盖层裂隙承压含水岩组位于潜水含水层之下，以泥岩、页岩为隔水顶板，底板埋深550～800m，主要岩性为砂岩，泥灰岩，岩层埋深较大，岩石致密，裂隙较不发育，受构造影响局部较为破碎，岩溶不发育，地下水赋存于裂隙中，水位埋深3m左右，该层钻孔中进行抽水试验三次，渗透系数0.0023～0.0083m/d之间，富水性不均匀，井孔单位涌水量0.008～0.018L/s·m，属于弱富水性含水层，矿化度1853.41 mg/L，总硬度268.43mg/L，水化学类型为Cl·SO4—Na型水，水质较差，由于上部泥岩及页岩的相对隔水作用，与上部第四系松散层孔隙及基岩风化裂隙潜水含水岩组水力联系微弱，主要接受侧向径流补给，径流方向由北向南，径流缓慢，排泄则以径流排泄为主，由于部分矿体直接与该含水岩组接触，对矿体开采造成溃水威胁，当开采该部分矿体时必须留設防水保安矿柱。

2.3泰山岩群山草峪组变质岩类裂隙承压含水岩组隐伏于以不整合面为界的盖层之下，为矿体及围岩含水岩组，岩性为黑云变粒岩、角闪石岩、磁铁角闪石英岩等，从钻孔岩心情况，岩石比较致密完整，孔隙、裂隙不发育，连通性、富水性均较差，局部破碎，地下水赋存于破碎带中，为含水不丰富渗透性微弱的含水岩组。

通过ZK63S钻孔及ZK53S矿层及矿层顶底板混合抽水试验，钻孔涌水量0.102 L/s～0.221 L/s，，换算成降深10米、91mm 口径钻孔单位涌水量为0.005L/s·m～0.018L/s·m，渗透系数9.12×10-4m/d～5.34×10-3m/d，水化学类型为Cl—Na型水，矿化度2156.26m g/L，总硬度289.34mg/L。

按照《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719—1991）划分，含水层富水性等级属于弱富水性，随深度增大含水层富水性逐渐减弱。

由于埋深大，裂隙不发育，贮水空间小，赋存于变质岩破碎带中的裂隙水，交替相对缓慢，基本上处于静止状态。

2.4构造裂隙含水层区内断裂构造较发育，主要有近东西向、北西向、近南北向三组断层。

断层的水文地质性质首先与地层的岩性有关，其次还与断层的力学性质有关，相对脆性岩层（在本区如砂岩、泰山岩群地层等）与塑性的泥质岩石互层经构造变动后，构造裂隙沿脆性岩层发育，使其含水性和导水性相对较强，泥质岩石裂隙较不发育，且裂隙多被泥质充填，使其含水性和导水性相对较弱。

本区断层经多次构造运动，其力学性质呈多样性，其富水导水性质在不同部位和不同地层中有所差异。

断层内岩石破碎，绿泥石化较强，并见有厚度不等的断层泥。

断层的存在，破坏了岩体的完整性，钻孔中揭露到断层时，在砂岩及泰山岩群地层中均有不同程度的漏水或涌水现象，构造裂隙含水层的富水性不均匀。

2.5隔水岩组主要为新元古代土门群和古生代长青群泥岩，页岩为主，结构致密，岩心完整，裂隙不发育，分布于全矿区，层位稳定，与含水岩组互层分布，富水性极微弱，虽然局部受构造影响岩体较破碎，但裂隙呈闭合状态，且被泥质及钙质充填，相对具较好隔水作用，导水性差，为全区普遍发育的隔水层。

3矿床充水因素分析3.1大气降水及地表水该矿床产于泰山岩群山草峪组变质岩系岩层中，为隐伏矿体，埋藏深，矿体呈陡倾斜的层状。

矿体顶底板围岩为黑云变粒岩或角闪变粒岩，岩石坚硬，岩体较完整，裂隙不发育，含水性差，且上部盖层有较好的页岩、泥岩隔水层，矿区范围内没有大的地表水体，大气降水及地表水对矿床充水没有直接影响。

本次施工的地质孔、水文地质孔施工结束后均采用水泥进行了封孔，大气降水能够及时疏通、排走，地表水不会通过井孔渗漏补给下部变质岩裂隙水。

3.2第四系松散层孔隙及基岩裂隙潜水该层主要接受大气降水补给，底部有隔水性较好的泥岩及页岩，与矿床没有直接水力联系，对矿床充水没有直接影响。

3.3盖层裂隙承压含水岩组基岩裂隙承压水盖层底部虽有页岩隔水层隔水，但由于页岩厚度较薄，局部缺失，矿体及顶板与盖层含水岩组直接接触，盖层裂隙水有通过裂隙或破碎带直接进入采矿坑道的可能，对坑道产生充水危害。

为防止盖层地下水直接涌入坑道，矿体在开采时上部需留设一定厚度的防水保安矿柱。

3.4围岩、构造等对矿床的影响（1）矿体围岩对矿床充水的影响矿体赋存于泰山群变质岩中，围岩为黑云变粒岩及角闪变粒岩，围岩为矿体的直接充水含水层，但由于围岩呈块状，结构致密，裂隙不发育，裂隙水主要赋存于破碎带中，富水性差，对矿体开采不会产生较大的威胁。

（2）构造对矿床充水的影响区内断裂构造较发育，主要有近东西向、北西向、近南北向三组断层。

断层的水文地质性质首先与地层的岩性有关，其次还与断层的力学性质有关，相对脆性岩层（在本区如砂岩、泰山岩群地层等）与塑性的泥质岩石互层经构造变动后，构造裂隙沿脆性岩层发育，使其含水性和导水性相对较强，泥质岩石裂隙较不发育，且裂隙多被泥质充填，使其含水性和导水性相对较弱。

本区断层经多次构造运动，其力学性质呈多样性，其富水导水性质在不同部位和不同地层中有所差异。

断层内岩石破碎，绿泥石化较强，并见有厚度不等的断层泥。

断层的存在，破坏了岩体的完整性，钻孔中揭露到断层时，在砂岩及泰山岩群地层中均有不同程度的漏水或涌水现象，说明其对矿床充水有一定影响，矿床开采过程中接近断层破碎带时有突水的可能，应特别注意，可采用探水孔的措施探明其导水性或预留适当厚度的防水保安矿柱。

4坑道涌水量预测4.1边界条件的确定本矿床矿体沿走向呈舒缓波状展布，围岩黑云变粒岩和角闪变粒岩，均为弱含水的承压含水层。

涌水量预测范围为矿体开采影响范围。

由于矿体埋藏延伸较大，岩石较完整，裂隙不发育或较不发育，且水量较小，渗透性微弱，地下水具承压性质，本次将矿床围岩概化为均质、等厚且各向同性。

由于开采时大部分构造被揭露，预测水位降深水平时坑道影响宽度内无明显的阻水断层及隔水层，充水含水层可视为无限远定水头边界。

4.2矿床开采方式及计算公式选择计算方法：矿体多为隐伏陡倾斜的条带状矿体，考虑到矿体埋藏深度大，部分断层已深达矿体内，个别断层水文地质性质尚未完全查清，结合其他类似矿区的经验系数，在此最大涌水量按正常涌水量的1.8倍计算。

矿体均被泰山岩群变质岩所覆盖，矿体平均宽度约为15.00m，顶底板面积可以忽略不计，采用两种方法计算矿坑涌水量。

方法1：开采初期地下水具承压性，当水头降低到矿体后转变为无压，坑道涌水量可按无限边界承压—无压完整式水平坑道两侧进水的情况计算，方法2：将坑道排水系统视为排水大井，按大井法计算，5预测结果及评述通过对坑道的充水因素分析，主要是矿体及其顶、底板围岩裂隙含水层自身直接充水。

采用坑道开采方式，预测坑道各水平涌水量结果：方法1：矿坑正常涌水量5497m3/d，最大涌水量9894 m3/d方法2：矿坑正常涌水量：6117m3/d，最大涌水量11011m3/d根据矿区抽水钻孔抽水试验，矿层及矿层顶底板含水微弱，通过矿区水文地质条件的分析，随着开采深度的增加，地下水流场改变，水压力增强，但围岩含水层为裂隙水，无较强的涌水含水层和补给水源，矿床开采时涌水量随着深度的增加会逐渐变减小。

本次计算影响宽度的计算公式采用吉哈尔特經验公式，R值偏小，以及抽水试验期间矿区正在施工的钻孔比较多，对抽水试验有显著影响，使得涌水量预测值可能偏大。

通过两种计算方法比较，采用方法2计算得出的结果比方法1计算得出的结果大很多，与矿区水文地质条件偏差较大，方法2不适用于本矿区，本次涌水量预测认采用为方法1参数的确定及公式的选择是比较合理的，基本满足设计要求，坑道正常预测涌水量可提供设计部门参考使用。

6矿区水文地质条件评价综上评述，矿体属于隐伏深埋形式，由于矿体处于丘陵区，地形比较利于自然排水，矿体位于侵蚀基准面以下，为以裂隙含水层充水为主的矿床，但矿体及围岩含水层富水性微弱，地下水补给条件差，地表水体构不成矿床充水的主要因素，但应特别注意矿体开采接近断层破碎带时，有突水的可能，必须采取必要的防范措施防止突水事故的发生。

采用井下坑道开采方式，矿体顶板必须留有一定厚度的防水保安矿柱，水文地质边界条件中等复杂，水文地质条件复杂程度为中等。

7存在问题及建议本区内因第四系及基岩盖层均厚度较大，矿体埋藏较深，对区内构造的研究仅根据物探推断及少量钻探工程的揭露，确定其分布特征，其依据略有不足，同时，由于对构造的控制不足，对矿区水文地质的研究程度稍有欠缺。

后期勘探工作应加强构造方面的控制及研究工作。

根据首采地段和开拓系统建设做好超前探水和其它开采技术条件研究工作。

参考文献[1]矿区水文地质工程地质勘探规范（GB12719-91）.[2]水文地质手册（地质出版社1978年4月北京第一版）.[3]折书群矿区水文地质勘探思想与方法（2013）.。