北洺河铁矿水文地质特征及充水因素分析

２０１４年５月　３６卷　第３　地下水　

Ｇｒｏｕｎｄ　ｗａｔｅｒ　Ｍａｙ．，２０１４　

Ｖｏ１．３６　ＮＯ．３　

北沼河铁矿水文地质特征及充水因素分析　黄天瑞　（五矿邯邢矿业有限公司北沼河铁矿，河北武安０５６３００）　

［摘要］　北治河铁矿矿床顶板及其围岩为厚度较大的奥陶系中统石灰岩，顶底板直接进水，为水文地质条件复杂的　岩溶裂隙充水矿床。自上世纪六十年代以来，该矿前后历经数次水文地质勘探及研究工作，取得了较为丰富的基础资料。　笔者在总结历次勘探资料的基础上，认真分析了矿区放水试验工作取得的最新成果，并结合矿区开采现状，对该矿的水文　地质特征及充水因素有了清晰的认识，为下一阶段矿区的安全开采提供依据。　［关键词］　北沼河铁矿；水文地质条件；岩溶裂隙；勘探；充水因素　［中图分类号］Ｐ６４１．１　［文献标识码］　Ｂ　［文章编号］　１００４—１１８４（２０１４）０３—００２４—０２　

北沼河铁矿位于河北省武安市上团城村北。南距武安市１０　ｋｍ，东距邯郸市４５　ｋｍ，矿区面积２０．９５万ｍ　。本区属大陆性季　风气候区，夏季炎热，冬季寒冷。多年平均气温１３．１ｏＣ，多年平　均降水量５１４．２　ｍｍ（１９５６—２００９年）；多年平均蒸发量为１　８０８　ｍｍ。矿区内的主要河流为北沼河，全长约６５　ｋｍ。　矿山西邻太行山，东接华北平原，境内地形起伏，西高东低。　西区为山岳区，东区是山前倾斜平原，中部为丘陵区。寒武、奥陶　系碳酸盐岩分布于低山丘陵区和山前倾斜平原一带的下部，上部　广泛分布着成因不同、厚度不等的第四纪沉积物。山区冲沟发　育，相对切割深度约３００～５００　ｍ，最大标高１　８９８．７　ｍ，一般１　３００　ｍ。山前平原区地势平坦，微向东倾斜，地面标高４０—１００　ｍ。　

１　区域水文地质概况　北溜河铁矿地下水属于邢台百泉泉域岩溶水系统。矿区处　在北沼河一郭二庄一王窑一中关一邢台岩溶水强迳流带上游，　属于近补给区的径流区段。　泉域地下水运动在宏观上受太行山东麓单斜构造和地形及　含水体岩性的控制，总趋势呈自西向东、自南向北径流，汇集于　百泉一带的排泄区。在天然条件下，泉群平均流量６．３０９　ｍ　／ｓ。　开采条件下，由于工农业用水及矿山大量排水，再加上河流　上游建库蓄水，地下水补给量减少，地下水处于严重超采状态，　区域地下水位持续下降。较之上世纪７０年代，泉域补给区及径　流区灰岩地下水位整体下降了２００多ｍ，在泉域内由南至北已　形成北沼河铁矿、云驾岭铁矿、王窑铁矿、东郝庄一带及邢台市　区等数个大小不一的地下水降落漏斗。近些年，奥陶系灰岩地　下水降幅愈加增大，年均降幅在１０　ｍ左右。由于泉域内补给量　远小于排泄量，尽管丰水季节区内灰岩地下水位略有抬升，但长　期的疏排灰岩地下水，使得泉域内消耗的库容已难以及时补给。　长时间看，地下水位呈持续下降状态。　综上所述，北沼河铁矿奥陶系灰岩地下水变化一方面受控　于矿山排水，同时也受区域奥陶系灰岩地下水的动态变化影响。　２矿区水文地质条件　受区域水文地质条件的控制，矿区的东部边缘北北东向的　断裂构造较多，灰岩裂隙岩溶较发育，透水性较强，靠近区域强　径流带，与区域水体联系密切；矿区的西部由于构造断裂较少，　灰岩裂隙岩溶不发育，透水性较弱。但由于近年区域地下水位　急剧下降，东区灰岩地下水位较上世纪７０年代已下降了２００多　ｍ，随着灰岩埋藏深度加大，其富水性也逐渐变弱。　２．１　矿山西区水文地质特征　２．１．１灰岩透水性　２｝｝勘探线以西先后三期勘探，其中３５个钻孑Ｌ做了７１次注　水试验，２４个钻孔做了４１次抽水试验，钻孔单位涌（耗）水量多　小于０．１　ＩＭｓ・ｍ，其中有相当部分小于０．０５　Ｌ／ｓ・ｍ，最大０．６７　ＩＭｓ・ｍ；渗透系数多小于０．０５　ｍ／ｄ，最大０．１４６　ｍ／ｄ。　２．１．２含水性　在构造断裂、破碎带附近透水性较强，如深部一２３０　ｍ、一　２４５　ｍ水平个别涌水点涌水量在１００　ｍ　／ｈ以上，矿坑涌水量也　长期稳定在２０　０００　ｍ　／ｄ左右。而西区弱区接近东区强区的边　缘地带，由于火成岩体多层穿插侵入，含水层厚度较小，透水性　减弱，导水能力更差，造成西区长期疏干排水情况下东西区水位　差达１００多ｍ，可视为极弱带。　２．１．３地下水动态　矿山长期疏干排水，地下水位已大幅下降，形成了以矿床地　段为中心的深且陡的地下水降落漏斗，进一步验证了北沼河铁　矿奥陶系中统灰岩透水性弱的特点。目前，矿山西区可用的基　岩观测孔共４个，分别是ＧＸ１、ＧＸ９、ＧＸ１０、ＧＸ１１，其中ＧＸ９为井　下基岩观测孑Ｌ，与ＧＸ１　１一起用于监测矿床南部奥陶系灰岩地下　水位，ＧＸ１、ＧＸ１０位于矿床北侧，用于监测矿床北部奥陶系灰岩　地下水位，四个监测孑Ｌ在２０１３年１０月１２号的水位标高分别为　一１６６．４７　ｍ、一１８２．５７　ｍ、一９７．５７　ｍ、～１２０．１７　ｍ。　２．２矿山东区水文地质特征　２．２．１透水性　该区奥陶系中统灰岩质纯、性脆，岩溶化强，接近东侧区域性　大断裂带岩溶极为发育，平行于断裂带的岩溶、裂隙更为发育；火　成岩基底向下倾斜，含水层厚度也较大。此外，该区上覆煤系地　层，灰岩的裂隙岩溶充填较少，故该区透水性、富水性较强。　２线以东钻孔单位涌水量一般大于１　Ｌ／ｓ・ｍ，平均渗透系　数２．６７　ｍ／ｄ（据ＣＫＡ３９多孔抽水试验）。矿床东面外围石灰岩　含水层透水性、富水性更强，它与北面玉石洼矿床１３线以东一　

［收稿日期］２０１４—０２—１２　［作者简介］黄天瑞（１９６３一），男，河南温县人，高级工程师，主要从事矿产勘察及水文地质＿Ｔ作。　第３６卷第３期　地下水　２０１４年５月　郭家岭一带强区和南面崇义东、团城铁矿东南等地段强区有着　密切水力联系，该区地下水动态不仅受控于矿山排水，也受控于　区域地下水。　２．２．２地下水动态分析　目前，东区可用地下水位观Ｎ：ｆＬ共４个，分别为ＧＸ６、ＧＸ７、　ＧＸ８、ＧＸ１２，其中ＧＸ７、ＧＸ８、ＧＸ１２三个孔的水位仍在２０　ｍ左右，　动态变化仍然主要受控于区域地下水，而观测孔ＧＸ６的水位已　经降至一８０　ｍ左右，但距其东部仅２００多ｍ的ＧＸ７孔水形成了　高达１００　ｍ的水头差，这说明，矿山疏干的持续排水已经对东区　地下水位带来影响，并且随着灰岩埋藏深度加大，其岩溶含水层　富水性及透水性有逐渐变弱的趋势。　３矿床充水因素分析　北沼河铁矿开拓系统已形成了一２０　ｍ、一３５　ｒｎ、一５０　ｍ……　一１７０　ｍ、一２３０　ｍ、一２４５　ｍ水平巷道，长期疏干排水（灰岩地下　水），已形成了一定深度（潜水面依然较高）的地下水降落漏斗，　这样地下水流场分布状态下，矿坑疏干排水的水源有侧向区域　地下水水源补给和垂向水源补给。　３．１　区域地下水侧向补给　前已述及，矿区周边灰岩含水层透水性弱，矿床西、南、北部　地下水位大部已降低至主要含水层０２２底板附近或底板以下，　矿床地段０２２主要含水层与外界一２００　ｍ以下的０２１弱含水层　联系不密切。因此，矿床地下水接受西、南、北部区域地下水补　给水量有限。矿床西区东段矿体顶底板大部分为闪长岩，灰岩　变质蚀变强烈，透水性弱，开采疏排水条件下，与矿床东区（２线　以东）强带已形成较大的水力坡度，同时矿床东区灰岩地下水位　一直略高于其北部云驾岭观８水位（天然条件下北沼河东区高　于云观８水位约１—２　ｍ）。说明了东区强带地下水受矿床疏于　排水影响较小。据此分析，矿床接受东区强带地下水补给水量　有限。　３．２地下水垂向补给　矿区垂向补给水源包括河水、第四系孔隙水、地表塌陷区降　雨入渗和老窿水、积水坑等。　３．２．１河水补给　天然条件下，矿区灰岩地下水主要接受河水入渗补给。开采　条件下，２０００年汛期北沼河发洪水（改道前），根据坑下一５０　ｍ、一　１２２　ｍ水平巷道涌水点（放水孔）流量观测表明，矿区周围灰岩地　下水位尚未明显上升情况下，一５０　ｍ水平涌水量是其之前涌水量　的４．５倍，一１２２　ｎｌ水平涌水量是其之前的１．４倍，同时水中携带　大量的泥沙。前期基建施工中一５０　Ｉｎ中段的一条裂隙初期涌水　量为１０６　３／ｈ，三个月后该裂隙不再涌水，而２０００年７月河道发　洪水，该裂隙涌水量又恢复至初期大小，说明河水渗漏对灰岩地　下水补给有重要作用。北沼河河床改道防渗后，坑下汛期与非汛　期矿坑的排水量变化不明显，这与近几年降雨量偏少有关，与河　床改道防渗也有很大关系，但矿床外围灰岩上覆盖有厚大的粘土　砾石、砂砾卵石层，具有一定渗透性。在汛期仍需要加强对坑下　流量观测，以查明河流改道后河水对矿床充水的影响。　３．２．２第四系孔隙水补给　灰岩上覆厚大的砂砾石层和粘土砾石层，有的地段为砂质　粘土砾石层。第四系孔隙水对灰岩地下水补给，主要通过长期　淋滤形成通道与灰岩破碎带、裂隙带沟通进行补给。坑下相当　部分涌水水质长期呈黄褐色且带有泥沙，直到一２３０ｍ、一２４５ｍ　水平，在巷道顶、侧壁可见充填黄泥，这是由于第四系孔隙水携　带粘土砾石中的黄泥所致。近些年矿体上覆北沼河河床第四系　无潜水，但是丰水年雨季大气降水入渗补给第四系，第四系孔隙　水亦能直接或间接补给奥陶系灰岩岩溶地下水。　３．２．３地表塌陷区降雨入渗　开采顶板崩落引发的地面塌陷、裂缝，会造成降雨和地表径　流渗入或灌入。北沼河铁矿一２４５　ｍ水平开采最终错动边界范　围面积１．５　ｋｍ　，目前一９５　ｍ中段采空区引发地面塌陷区面积　０．０２　ｋｍ　。矿山已在开采错动边界处修建排洪渠，将上游地表　径流引出区外，一般降雨年份，开采错动边界线内的降雨水量及　其形成地表径流量也是有限的。尽管如此，这部分水源是沿着　地面塌洞、裂缝直接灌人，对矿床充水必须引起足够重视，不可　掉以轻心。特别是在丰水年，水的作用还会引发坑下泥石流，如　２００６年１Ｏ月在一８０　ｍ水平５～８进路爆破造成围岩破坏直至影　响到地表，发生泥石流，造成６—４进路联巷有大量夹有砂砾石　的黄泥流入，造成人员伤亡。因此，汛期需对巷道出水情况进行　密切观测，以了解塌陷区渗水对矿坑充水的影响程度。　３．２．４老窿水、积水坑　１２＃采场西侧存有大量老窿，老窿标高在一９１～一９６　ｉｎ，最　大采空区高约５　ｍ，前期矿山生产基建过程中已对老窿进行了探　测，并钻孔进行了疏放水，由于当前老窿仍处于地下水位以下，　不排除再次积水和尚有部分老窿未得到探明的可能性。在未来　矿山生产，特别是一ｌ１０　ｍ中段１２＃采场开采过程中，继续加大　对老窿的探测，以防止因矿山开采崩落波及积水老窿，造成矿坑　突水。　矿区西风井附近有一个民选场积水池，池底有第四系砂砾　卵石层，未加防渗处理，积水池水也可经过砂砾卵石层间接进入　塌陷区，造成坑道充水。