莱芜市谷家台矿区水文地质条件分析

李 峰

（山东省煤田地质局第三勘探队，山东 泰安 271000）

1 矿山概况

谷家台矿区位于济南市莱芜区市区西北约8km，该地区的水文地质条件较为复杂，1999年7月12日，发生淹井事故，定性为“不可抗拒的地质自然灾害”，2003年8月份恢复生产。因此，研究矿山的水文地质条件，具有十分重要的现实意义。

2 水文地质条件

2.1 含水层

矿床内的含水层主要为第四系冲、洪积砂砾石孔隙含水层和奥陶纪马家沟群灰岩岩溶裂隙承压含水层。

（1）第四系冲、洪积砂砾石孔隙含水层：主要分布在河床及其两岸阶地内，含水层厚度受地形控制，一般在10m～15m，其岩性一般为粗砂及砾石，砾石直径多为5mm左右，最大砾径可达200mm～300mm[1]。河间阶地砂砾地质层变细，上部1m～3m为砂质粘土，下部为细粉砂。这一层水丰富，孔隙水丰富，是主要含水层之一。

（2）奥陶纪马家沟群灰岩裂隙岩溶承压含水层：矿区发现的奥陶系灰岩属马家沟组五岳山组、各庄组、八组灰岩，主要岩性为黑灰色、灰蓝灰色厚层灰岩与薄层白云灰岩混合。豹皮状灰岩河流泥灰岩闪长岩在接触带附近侵入灰岩，形成多晶大理岩矿。矿区东部灰岩走向南东～北西向，倾向北东，西部走向渐变为近东西向，倾向北，倾角25°～40°，矿区灰岩矿的厚度变化较大，由十米至数百米不等，一般厚200m～400m，最厚680m。灰岩矿顶板埋深一般为100m～200m，最浅仅40m左右，局部地段甚至出露于地表，而矿区北部灰岩矿顶板最大埋深达400m以上，底板标高达-820m左右。石灰岩矿岩溶裂隙发育，含水丰富，是最重要的含水层。但由于岩溶裂隙的分布不均匀，其含水、含水率各向异性，而石灰岩矿的富水性主要取决于岩溶裂隙发育程度和充填条件、岩性、构造特征、埋藏深度等因素。富水性的强弱一般有如下规律：灰岩矿埋藏浅的地段强于埋藏深的地段；水循环交替条件好的部位强于差的部位；闪长岩矿接触带的部位强于远接触带的部位；岩性较纯的灰岩矿层段强于含杂质较多的灰岩矿。

2.2 隔水层

主要隔水层为古近纪粘土质砂岩矿、粉砂岩矿，闪长岩裂隙弱含水层可视为相对隔水层。①古近纪粘土质砂岩矿、粉砂岩矿隔水层。它主要由半固结的红土粉砂岩矿和砂岩矿组成，底部常有几米至几十米厚的砾岩矿。砾石矿主要是风化的石灰岩矿碎片。其厚度变化很大，并受基底岩矿层古风化面的地形起伏控制，矿区北部厚200m～300m，矿区内部一般厚100m～300m，最薄的部分只有7m～24m，部分缺失这一层，使上第四纪含水层直接与下垫层灰岩含水层接触，形成所谓的“天窗”。②燕山期闪长岩隔水层。闪长岩矿是矿体的底板矿体，岩性坚硬致密，含水率较弱，是石灰岩矿良好的防水底板，矿体表面风化带含有少量的裂隙水。深部构造裂隙中存在裂隙水，但裂隙水较弱。

2.3 充水因素

①奥陶纪马家沟群灰岩矿裂隙岩溶水。区域奥陶纪灰岩矿与矿区奥陶纪灰岩矿连成一体，水力联系密切，有充沛的补给来源，作为矿体的顶板且厚度较大，岩溶裂隙发育，有利于地下水的赋存和径流，为矿床开采的主要充水因素。②第四系孔隙水。第四系孔隙水较强含水层虽有充分的补给来源，本身又富水性较强，透水性较好，但与奥陶纪灰含水层之间被古近纪红色砂岩矿相隔，一般没有水力联系，但在古近纪缺失部位（即所谓“天窗”）和由于过量开采地下水造成的塌陷范围内，两含水层相互连通。所以该层对矿区充水不构成直接威胁，为矿区开采的次要充水因素。矿区附近的“天窗”有赵庄、谷家台主井、杜官庄、牛王泉四个（见表1）。③地表水。矿区内地表水系发育，矿区中部有嘶马河通过，西部有方下河通过，两河向南流经矿区汇入汶河。矿区内第四系多为棕黄色松散冲积、洪积物，厚度一般7m～12m，局部达26m；古近系厚度20m～40m，岩性则以紫红色粘土质粉砂岩为主，含水性微弱，为良好的隔水层，有阻挡水渗漏的作用。由于矿坑上部存在两层隔水层，地表水不能够通过矿井内的断裂导入矿坑，不会对矿井开采构成直接威胁，为矿区开采的次要充水因素。

表1 矿区附近“天窗”资料统计表

2.4 水文地质类型

矿体位于当地侵蚀基准面以下，矿床直接充水含水层为奥陶纪石灰岩矿裂隙岩溶含水层，岩溶裂隙较发育，富水性强，并与外围奥陶纪石灰岩矿岩溶裂隙含水层连为一体，水力联系密切，在矿区周边出露地表或河床内形成“天窗”，与第四系砂砾石孔隙含水层及地表水发生水力联系。所以该矿床为水文地质条件复杂。由于矿山采取先探水注浆封堵后再进行采矿,并对采空区采用尾砂胶结充填的治水方案等方法，致使矿坑实际排水量比预测的大大减少，截止到目前,矿山未再发生过突水事故,但这改变不了原矿床的水文地质条件复杂类型。综上所述，矿山水文地质条件为以岩溶含水层充水为主的复杂型矿山。

3 防水对策及建议

谷家台矿区水文地质条件属复杂类型，矿坑涌水量大，地下水头压力高，矿山应加强对断裂构造发育分布及其导水、富水性研究，采取有效措施防止由于含水层的沟通和既有的地下水通道造成突水事故，确保矿山安全正常运行，提出建议如下：

①坚持遵循“先探后采”的原则进行采矿活动，采用水平孔超前探水，先探后采，局部高压帷幕注浆（截流或封堵）仍是矿山目前乃至今后一个时期防治水患的行之有效的方法。矿山应制订详细的相关规划方案，注重实施，不可懈怠，最大限度地减小地下水对坑道生产产生的不良影响及安全隐患。②建议对坑道接触带附近的灰岩矿、大理岩矿岩溶裂隙发育部位采取有效的支护措施，强化开采，确保安全。③结合井下开采，进一步学习引进研究探索防止井下突水、堵水、排水的新工艺新方法，以确保安全生产，提高效率。④建议对采矿区内所有坑道进行必要的水文地质、工程地质编录，详细记录坑道矿体强度、破碎程度、涌水点位置、涌水量及随坑道开采延深的变化情况，以便超前对坑道水文地质、工程地质突发事件做出正确的分析判断，做到有备无患。⑤建立、健全矿区地下水动态观测网络，补充完善区内地下水观测孔（点），及时了解矿山排水与大气降水之间对应关系。建档收集当地气象资料尤其近年气象资料，绘制矿山排水总量，各水平巷道的排水量及各涌水点的涌水量的相关图表，研究分析与大气降水之间的相关性。