柞水县大西沟铁矿露天采场涌水量预测探讨

张航泊，范军峰，石 卫

(陕西省地质调查中心，陕西 西安 710016)

柞水县大西沟铁矿露天采场涌水量预测探讨

张航泊，范军峰，石 卫

(陕西省地质调查中心，陕西 西安 710016)

矿山开采过程中势必会影响矿区及周边地下水水位、水资源量，从矿区所处的水文地质环境背景着手，通过分别采用大井法和降水入渗系数法，对拟建露天采场涌水量进行预测分析，为矿区生态环境治理与保护提供科学依据。

铁矿;大井法;涌水量;预测

柞水县大西沟铁矿是全国特大型菱铁矿床之一，拥有铁矿石储量3.02亿 t，占陕西省铁矿石总储量的 47.6%，位于柞水县城以东的小岭镇境内，陕西龙钢集团欲对其开发利用。矿山采取露天开采方式，采口上口尺寸(长×宽)1 840 m×1 100 m，下口尺寸(长 ×宽)330 m×260 m，垂直开采深度达492 m，服务年限31 a。矿山开采后将形成一个上大下小、底部向北东方向倾斜的不规则大坑，体积约1.6亿 m3。矿山的开采，势必会造成周边地下水位的下降，排出的废水对下游地下水和地表水造成一定的污染，其污染程度取决于矿坑污水水质和涌水量的大小，因此对矿坑内涌水量的预测显得尤为重要。本文即从矿山的水文地质环境背景着手，对矿山开采期涌水量进行预测分析。

1 水文地质条件背景

1.1 地形地貌

大西沟铁矿位于秦岭南麓中部，属中低山区，地形复杂，下切作用强烈，地势陡峭，沟谷发育，属构造侵蚀地貌。一般高程介于1 000～1 600 m之间，最高点1 857.5 m，位于矿区西北部，最低点位于大西沟出口与车篷沟交汇位置，高程1 000 m左右，地形总体呈现为西高东低(图1)。

1.2 气象水文

矿区地处暖温带间凉亚热带南北过渡气候区，具有季风性气候特点，四季分明，因地形闭塞和局地环境影响，多年平均降水量在750 mm左右，主要集中在7－9月。矿区河流均属长江流域汉江水系的支流金钱河上游，北部为大西沟，东部为车篷沟，均为常年性河流，其中大西沟在矿区北东部流入车篷沟河，多年日平均径流量为436.5 m3/d。

1.3 地层和地质构造

矿区地质构造上位于秦岭造山带北部，华南板块被动大陆北缘，刘岭前陆盆地与凤县 －镇安陆缘斜坡带之间，褶皱和断裂不太发育，地层出露单一，主要为泥盆系中统青石垭组(D2Q)，倾向北东、倾角20°～45°的单斜岩层，岩性为浅灰色中－薄层粉砂岩、含钙粉砂岩夹粉砂质板岩、灰岩和灰 －深灰色绢云母板岩与粉砂质板岩，菱铁砂矿及多金属矿即赋存于绢云母与粉砂质板岩(D2Q l)之中。

图1 矿区地形地貌及矿体剖面简图

1.4 水文地质条件

矿区地层出露单一，岩性主要为浅变质的绢云母板岩与粉砂质板岩，依含水层介质及赋存条件，矿区地下水类型属变质岩类基岩裂隙含水岩组。据矿区勘探资料，总体上岩层富水性微弱，垂向上富水性差异亦较大。地下水主要赋存于上部强风化带裂隙和局部的构造破裂带内，矿体以下富水性极弱，局部地段具有弱承压性。单井涌水量 24.54 ～51.24 m3/d，水位降深 11.51 ～11.80 m，渗 透 系 数 介 于 0.000 47 ～ 0.144 6 m/d，平 均 为0.012 08 m/d，单位涌水量 0.168 ～20.045 m3/d·m，给水度为 0.001 9，地下径流模数为 151.03 m3/d·km2，属弱富水区。地下水主要接受大气降水补给，多以侵蚀下降泉的形式出露，不同地层出露区流量有差别，一般是矿区南部为 0.01 ～0.2 L/S，中部为 0.1 ～0.2 L/S，最大1.0 L/S，北部为 0.039 ～0.794 L/S。

2 矿坑涌水量预测

2.1 大井法

随着矿山开采的不同程度，矿体开挖及矿坑排水所引起的地下水漏失，会形成不规则的敞口漏斗，造成坑周含水岩组地下水位的下降，进而影响到原有的地下水均衡。开采期间不同时段矿坑内地下水涌水量可选用大井法进行预测。其计算采用裘布依公式:

式中:Q为矿坑涌水量(m3/d);K为含水层渗透系数(m/d);H为矿坑含水层厚度(m);S为矿坑涌水水位降深(m);R为矿坑涌水影响半径(m);r0为矿坑引用半径(m)。

经计算，不同开采年份不同深度下矿坑涌水量见下表1。

表1 大井法矿坑涌水量计算表

2.2 降水入渗系数法

矿区西部及西南部分位于分水岭，主体位于大西沟流域内。流域内降水一部分蒸发或为植被截留，一部分形成地表径流，其余部分经地表入渗补给地下水。

结合水均衡原理，在收集流域内多年降水资料的基础上，本文同时采用降水入渗系数法对矿坑涌水量进行对比分析计算，见公式(2)。

式中:Q为矿区某一范围内降水渗入补给量(m3/d);α为大气降水入渗系数;W为矿区年降水量(mm);Ai为开采影响范围内汇水面积(km2)。

经计算，不同年份不同开采深度下矿坑涌水量见表2。

表2 降水入渗系数法矿坑涌水量预测表

3 矿坑涌水量分析

从两种方法预测结果来看，大西沟铁矿露天采场运行期随着矿坑深度的增加，矿坑涌水量亦呈上升趋势，但大井法预测涌水量随深度增加较大，而降水入渗系数法预测涌水量随深度增加很小，主要归结于随着矿坑深度的增加，含水层渗透系数一般呈递减趋势，地下水流场已不符合裘布依稳定流基本条件。从资料来看，秦岭山区地表基岩风化比较强烈，主要分布于地表下50～70 m以浅范围内，属强风化带，裂隙发育，有利于地下水的赋存和径流，属地下水强循环带，空间上相对富水性好;而地表下50～70 m以深，岩体完整性好，不易风化，节理裂隙不发育，不利于地下水的赋存和径流，属地下水弱循环带，相对富水性差。即矿坑涌水量主要来自于地表强风化带之内，深部涌水量极少，应用大井法预测深部涌水量误差较大。另外从大西沟多年长观资料来看，地表水枯水季节多年日平均径流仅为436.5 m3/d，大西沟铁矿的开采，地表上造成分水岭向外部位移，集水面积增大，另一方面矿坑深度增大，涌水影响半径亦增大，地面下造成地下水分水岭向外围扩展，产生地下水袭夺现象，矿坑涌水量增大。但随着开采深度的进一步加深，深部地下水主要来源于构造裂隙或层间裂隙，涌水量极为有限，矿坑涌水量将会基本上趋于一稳定值，影响范围也将处于一定的范围内，不会随矿坑的加深进一步扩大。

4 结语

1)矿坑涌水量计算是矿床水文地质勘查中一项重要而复杂的工作，计算方法有多种。本实例中，采用大井法和降水入渗系数法分别对不同开采时段矿坑内地下水涌水量进行了预测。从预测结果来看基于裘布依稳定流的大井法在矿坑深度较浅时涌水量计算效果较好，随着矿坑深度的增加，水文地质条件已不符合裘布依理论计算的条件，涌水量计算误差较大;而降水入渗系数法相对较能真实的反映浅部矿坑涌水量大小，而对矿坑深部地下水涌水量预测计算误差相对较大。

2)由于矿床水文地质的复杂性，对矿坑涌水量预测，应结合矿区水文地质特征，从地下水均衡的角度综合考虑，正确分析和概化水文地质条件，最终的涌水预测结果应符合客观实际。

［1］陕西省冶金勘探公司714队.陕西省柞水县大西沟铁矿床地质勘探总结报告书［R］.1974.12.

［2］中华人民共和国行业标准.环境影响评价技术导则地下水环境(HJ610－2011).

［3］陈明佑，等.矿坑涌水量计算方法研究［M］.武汉:武汉地质学院出版社.1985.

［4］陕西省地质矿产局.区域地质调查报告(石嘴子幅－I－49－87－A、凤凰咀幅 －I－49－87－B)［R］.1990.

S275.9

A

1004－1184(2012)05－0042－02

2012－06－14

张航泊(1983－)男，陕西乾县人，硕士研究生，主要从事环境地质工作。