北洺河铁矿水文地质特征及充水因素分析

2014-08-15黄天瑞

地下水 2014年3期

黄天瑞

(五矿邯邢矿业有限公司北洺河铁矿，河北武安056300)

北洺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m2。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13.1℃，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洺河，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

北洺河铁矿地下水属于邢台百泉泉域岩溶水系统。矿区处在北洺河—郭二庄—王窑—中关—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 m3/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洺河铁矿、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，北洺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个钻孔做了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 L/s·m，其中有相当部分小于 0.05 L/s·m，最大 0.67 L/s·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－230 m、－245 m水平个别涌水点涌水量在100 m3/h以上，矿坑涌水量也长期稳定在20 000 m3/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，进一步验证了北洺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 为井下基岩观测孔，与GX11一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，四个监测孔在2013年10月12号的水位标高分别为－166.47 m、－182.57 m、－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～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测孔共4个，分别为GX6、GX7、GX8、GX12，其中GX7、GX8、GX12三个孔的水位仍在20m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－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

北洺河铁矿开拓系统已形成了－20 m、－35 m、－50 m……－170 m、－230 m、－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O22底板附近或底板以下，矿床地段O22主要含水层与外界－200 m以下的O21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(天然条件下北洺河东区高于云观8水位约1～2 m)。说明了东区强带地下水受矿床疏干排水影响较小。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年汛期北洺河发洪水(改道前)，根据坑下－50 m、－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，－50 m水平涌水量是其之前涌水量的4.5倍，－122 m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－50 m中段的一条裂隙初期涌水量为106m3/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。北洺河河床改道防渗后，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－230m、－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。近些年矿体上覆北洺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。北洺河铁矿－245 m水平开采最终错动边界范围面积1.5 km2，目前－95 m中段采空区引发地面塌陷区面积0.02 km2。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、裂缝直接灌入，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10月在－80m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－91～－96 m，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－110 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。