水文地质及防治水工程.doc

6 水文地质及防治水工程 6.1 水文地质 6.1.1 概况 下告矿区位于宝山嶂铁矿区的西南面，所处区域构造位置为南岭东西向复杂构造点第三带东段和以清溪断裂为代表的北东向构造带反接复合地段。区内地势北高南低，当地侵蚀基准面标高160m。区内地形四周高，中间低，最大相对高差达372.72m，为一山间盆地。盆地中间河流两侧低平地带属侵蚀堆积地形，盆地四周低山丘陵地带属侵蚀构造地形。本区属亚热带季风气候，雨量充沛，且多集中在49月，占全年降雨的80以上，年平均降雨量1741mm，年平均蒸发量1399mm。 下告磁铁矿体埋藏于该山间盆地底部北东侧侵蚀基准面以下，赋存于中上石炭统壶天群碳酸盐与下石炭统大塘阶浅变质碎屑岩之间，矿体顶板壶天群碳酸岩岩溶、裂隙发育，含较丰富的溶洞裂隙水，对矿坑充水有直接影响。另外，矿区发育的地表水系有下告河，汇水面积30km2，自西北向东南流经整个矿区，其一般流量小于0.5m3/s，最大洪峰流量15.02 m3/s，由于该河流经矿体上部，河水直接补给矿体顶板的第四系冲洪积孔隙含水层和隐伏岩溶含水层，对矿床开采直接构成威胁。 矿区水文地质条件属复杂类型。 6.1.2 矿区水文地质条件 （1）矿区主要含水层 a）第四系冲洪积孔隙含水层（Qddl）主要分布在矿区中部的盆地内，分布面积0.45km2，加权平均厚度18.98m，最大厚度达101.48m（4/zk19），主要由卵石、砾石和约为10的中细粒石英砂组成，粒径以小于10cm的多见。第四系冲洪积层结构松散，钻进过程中常成流砂状态出现，岩芯采取率低，透水性好，富水性强。据4/zk37孔抽水试验，单位涌水量2.26L/sm，渗透系数15.32m/d。该含水层与下告河及下伏灰岩岩溶含水层水力联系密切。 b）中上石炭系隐伏岩溶含水层（C23hta C23htb-1）主要分布在下告矿段负地形中，被第四系冲洪积层所覆盖，由含硅质团块的条带状大理岩夹泥灰岩、大理岩、含白云质大理岩及糖粒状白云岩组成。其岩溶发育明显受岩性和标高所控制，溶洞主要分布在40m标高以上质纯的大理岩和结晶灰岩中，同时具有一定规模的方解石脉中也偶见有溶洞发育，但在矽卡岩化、硅灰石化的大理岩和结晶灰岩中则未见有溶洞分布。全区钻孔平均岩溶率为6.3，钻孔溶洞能见率34.5，其中40m标高以上平均岩溶率达到13.8。溶洞规模以高度小于2m的为主，占72，且多被中细粒石英砂所充填，富含岩溶潜水。据4/zk23孔抽水试验资料，钻孔单位涌水量5.18L/sm，渗透系数3.92m/d。 该层岩溶发育规律为在平面上，下告河北侧溶洞发育较弱甚至无溶洞，溶洞主要分布在下告河南侧，但无明显规律可循。在垂向上，40m标高以上为强岩溶含水带；40m-61.96m标高，溶洞已基本消失，仅见有逐渐减弱的溶蚀裂隙、溶孔等弱的岩溶现象，富水性显著减弱，为较弱岩溶含水带；-61.96m标高以下，岩石完整，无地下水活动痕迹，可视为弱含水层。 （2）矿区主要隔水层 a）三叠系上统相对隔水层（T3da T3db-1）广泛分布在矿区北部和东部，为一套粒度较细的浅变质、浅海相碎屑岩夹大理岩透镜体组成，岩石完整，结构致密坚硬。据4/zk24孔注水试验资料，其单位吸水量为0.0088L/sm，富水性弱，可视为相对隔水层。 b）下石炭系相对隔水层C1d分布于矿体与三叠系上统相对隔水层之间，为矿体直接底板，由一套粒度较细的浅变质碎屑岩夹灰岩透镜体组成。据0/zk18孔注水试验资料，其单位吸水量为0.0022L/sm，富水性弱，亦可视为相对隔水层。 c）燕山期花岗岩和其它侵入岩脉相对隔水层（523）主要分布于矿区西部、西南部，由粗、中粒斑状黑云母花岗岩、闪长玢岩、石英斑岩、花岗斑岩等组成，岩石较完整，一般不含水，为相对隔水层。 d）磁铁矿与矽卡岩主要分布在矿区16线，由结构构造不同的磁铁矿和各种类型的矽卡岩、含矿矽卡岩组成，结构致密坚硬，富水性极弱，据0/zk9孔和4/zk19孔抽水试验资料，其单位涌水量为0.0012L/sm0.066 L/sm，渗透系数0.0040.012m/d，为相对隔水层。 （3）构造破碎带含水特征 a）F2为区域性北东向清溪断裂带主干断裂之一，在矿区东南端穿过，矿区内可见长度约1.5km，带宽1.515m不等，属压扭性断裂。其倾向120130，倾角6080，碎屑角砾多为粉砂岩、石英细砂岩、石英斑岩及矽卡岩，初步推测为不导水断层。 b）F5横穿矿区中部，倾向北北东，倾角70左右，属张扭性。地表出露宽度1025m，由以花岗岩为主的构造角砾岩组成。据矿方施工的斜井揭露，F5富水性弱，属不导水断层。 c）F4该断层位于矿体上盘灰岩中，走向北西，倾向北东，倾角较陡，约为70左右。钻孔在-100m以下有揭露，但导水性不明。 （4）矿区疏干塌陷的可能性及大致范围 根据矿区地质结构，在隐伏岩溶灰岩之上直接覆盖着以砂砾卵石为主的、松散的第四系，这样的地质结构在矿区疏干条件下，易于形成潜蚀，导致地表塌陷、沉降和开裂的产生。其可能影响的范围应是本次初设疏干漏斗范围内的隐伏岩溶灰岩分布区，约0.45km2,而矿区周围组成低山丘陵的三叠系上统浅变质碎屑岩和花岗岩基本不受影响。故在矿区总平面布置时，应尽可能避免在可能的塌陷范围内布置重要的工业场地及居民区，在塌陷范围内的现有居民应在疏干排水之前搬出。 （5）矿区地表水与地下水的联系 矿区发育的地表水系下告河，自西北向东南流经整个矿区，其最大洪峰流量15.02m3/s，河流与矿体之间无明显的隔水层存在，河水可直接补给矿体上部的第四系冲洪积孔隙含水层和隐伏岩溶含水层，甚至将来开采时可直接灌入矿坑，对矿坑安全开采构成极大威胁。据地质报告，原社办采石场斜井采石时，曾遇井下突水，在地表和河床内产生了塌陷和沉降，引起河水倒灌，致使河水断流，采石场被迫停产，这些均说明了矿区地表水与地下水联系密切。因此，为了确保井下开采安全，下告河必须改道。 （6）地下水补给条件 由于矿区四周为相对隔水的三叠系浅变质碎屑岩和花岗岩岩体，组成了一个相对独立的潜水含水盆地。矿坑地下水主要接受盆地内大气降雨入渗补给和下告河河水入渗补给，盆地内地下水流向与地表水基本一致，顺地势由北西向南东迳流，其水力坡度较缓，由于矿区东南部隔水层的阻挡，地下水在下告供销社附近，以泉群形式涌出地表，最终排入下告河，排泄出矿区。 （7）地下水水质 矿区灰岩地下水为重碳酸钙型水。总矿化度0.2g/l，PH值为7.4，水质较好。 6.1.3 矿坑地下水涌水量预测 本区为一个相对独立的潜水含水盆地，大气降雨入渗是本矿区地下水的主要补给来源。由于本次初设所采用的采矿方法为大直径深孔采矿法和高分段中深孔采矿法，井下开采时地表将产生错动、开裂、甚至塌陷，从而加大未来矿坑涌水量。本次初设在考虑了上述因素的情况下，采用地质报告中的潜水完整井公式预测-120m中段以上矿坑地下水正常涌水量，而对采矿错动范围内最大暴雨入渗量则采用的是经地表截洪和河流改道后的汇水面积内20年一遇最大24小时暴雨入渗量估算值。 经计算，矿坑地下水-120m中段以上正常涌水量为17796m3/d，采矿错动范围内20年一遇最大24小时暴雨入渗量为55682.1 m3/d，即-120m中段以上最大涌水量为73478.1 m3/d。 6.2 防治水工程 由于矿区为一相对独立的水文地质单元，因此对矿山生产有影响的地下水主要为三部分，即地下水静储量、大气降雨补给量、地表水补给地下水水量。为了保证矿山的开采安全，必须对矿区地下水及与地下水有补给关系的地表水进行防治。 本次初设拟对地表水采取河流改道和截、排措施，对地下水采取疏、排措施。 （1）将贯穿矿区的下告河改道于终期采矿错动线以外的透水性相对较弱的燕山期花岗岩地层中，并对河道进行防渗处理； （2）对-120m采矿错动线以外的北部区域，拟设置1号截洪沟，将此区域的大气降雨汇水排往改道后的河道； （3）对矿区终期采矿错动线以外的西部区域（1区），通过铺设两布一膜进行地表防渗处理，减小其大气降雨汇水对矿区地下水形成的侧向补给量，其地表汇水通过1号截洪沟排往改道后的河道； （4）对矿区终期采矿错动线以外的南部区域（2区），也进行地表防渗处理，处理方式同1区，并通过2号截洪沟将地表汇水排往改道后的河道； （5）对地下水，拟通过设置直通式放水孔，将矿区地下水放至-120m中段水仓，并通过井下水泵房扬出地表，排出矿区。 6.2.1 地表水处理 （1）河流改道 根据紫金县水利水电勘测设计室提供的河源市紫金天鸥矿业有限公司青溪河下告段河流改道工程设计报告，本次河流改道避开了开采区和矿区错动线，河流改道起自下告村寨子下处，迄于下告村锡坑寨，堤线全长1390m，下告河道采用倒梯形，底宽10m，两边边坡11.5，左岸河堤顶宽10m，右岸河堤顶宽5m，堤后坡12.5，河道采用三面光防渗处理，结合河道的防渗和防冲，采用浆砌石护坡和护底，厚度50cm，上面设20cm厚的混凝土防渗层。河道从右岸山边走，避开矿区开采区和跨区错动线，大致呈反S形布置。 河道全长1390m，前段800m坡降0.005，后段290m坡降0.01，设计洪水流量527.08m3/s。 本次河流改道后，可避免河流地表水直接补给采区地下水的情况发生，减少地下水排水系统的排水量。 （2）降雨形成地表水截排措施 ①截洪沟 为了保护塌陷坑免受山坡雨水的冲刷以及上游汇水范围内雨水进入塌陷坑补给矿区地下水，设计沿塌陷坑周边设置了两条截洪沟，分别将两侧的雨水排往小河流。 1号截洪沟，采用三段不同截面形式（1）山坡上横断面采用“L”型，沟底采用复合土工膜防渗。M7.5浆砌石结构，内侧采用M10水泥砂浆勾缝，沟长730.5m，纵坡i0.1232，沟底宽0.5m，净高 0.5m，边坡m1＝0，m2＝1.25。（2）平地上横断面采用梯形，沟底采用复合土工膜防渗。M7.5浆砌石结构，内侧采用M10水泥砂浆勾缝，沟长149.10m，纵坡i0.268，沟底宽1.0m，净高 1.0m，边坡m1＝m2＝0。（3）平地上横断面采用梯形，沟底采用复合土工膜防渗。M7.5浆砌石结构，内侧采用M10水泥砂浆勾缝，沟长364.47m，纵坡i0.0123，沟底宽1.5m，净高 1.5m，边坡m1＝m2＝0。1号截洪沟汇水最终汇流至改道河流。 2号截洪沟采用两段不同截面形式（1）山坡上横断面采用梯形，沟底采用复合土工膜防渗。M7.5浆砌石结构，内侧采用M10水泥砂浆勾缝，沟长485m，纵坡i0.025，沟底宽0.5m，净高 0.8m，边坡m1＝0，m2＝0。（2）平地上横断面采用梯形，沟底采用复合土工膜防渗。M7.5浆砌石结构，内侧采用M10水泥砂浆勾缝，沟长149.10m，纵坡i0.025，沟底宽0.8m，净高 0.8m，边坡m1＝m2＝0。2号截洪沟汇水汇流至下游河床。 ②矿区东、南部地表处理 为了减小矿区内降雨汇流补给矿区地下水，设计采用在场区覆土回填平整至截洪沟高度，并向塌陷坑截洪沟形成一定坡度，将区内汇水汇集于截洪沟排至改道河流。并在其覆土0.3下铺设复合土工膜，两布一膜，膜厚0.5mm，布为200g/m2土工布。 6.2.2 地下水处理 （1）疏干工程布置 本设计对矿区地下水采取疏、排方式，主要是通过在矿区错动范围内设置直通式放水孔，通过导水巷道将矿区地下水引至-120m中段环形开拓巷道中，然后排往-120m中段水仓、水泵房，再扬往地表。经过计算，本次共设置5个直通式放水孔可满足矿坑地下水疏干要求，其平均孔深285m，开孔直径250mm，终孔直径91mm，总钻探进尺1425m。各孔在穿越第四系孔隙含水层时应下入填砾过滤器，在穿越石灰岩含水层时下入穿孔式过滤器，在遇到溶洞时下入包网过滤器。直通式放水孔在含水层底部位置采用胶圈和牛皮止水。由于放水孔初期流量大，后期流量小，因此初期孔口闸阀不能全部打开，放水总量应该控制在井下排水系统最大排水能力之内。 （2）地表观测孔 为了及时了解矿区地下水的疏干情况，保护矿山安全生产，为下一步深部开采提供设计依据，本次设计在矿区范围内布置7个观测孔，分别布置在矿区补给、 排泄方向以及矿体上盘。观测孔开孔直径130mm，终孔91mm，平均孔深230m，总进尺1610m。 （3）矿区生产水文地质工作 由于本矿区前期投入的矿区水文地质工作和试验研究工作较少，因此必须在基建和开采过程中结合坑道放水试验等工作开展矿区生产水文地质工作，以积累矿区水文资料，进行分析研究，为下步设计和生产提供可靠依据。矿区需进行生产水文地质工作的主要内容如下 ①降雨资料的收集全面收集矿区及附近气象站的逐日降雨资料，如有条件，应在矿区建立雨量观测站。 ②收集矿坑地下水涌水量资料包括矿坑总涌水量，各放水孔流量，井下生产用水量等，对比枯、雨季水量变化，估算大气降雨入渗系数。 ③地面观测孔应定期进行水位观测，在雨季时要适当加密观测次数。 ④直通式放水孔排出的地下水泥砂含量的测定。 ⑤地表沉降和塌陷的观测，若产生地表塌陷，应及时回填处理，以防止大气降雨直接灌入矿坑。 6.3 存在的问题及建议 （1）由于地质普查和详查阶段矿区投入的水文地质工作量以及相关的试验研究工作量不足，未系统查清矿区复杂的水文地质条件，因此给本次防治水设计造成了一定困难。有可能对今后的工程建设和长期生产留下安全隐患，或造成基建投资、生产成本发生变化。为此建议矿山对矿区进行详细水文地质补勘工作，全面揭示和查清矿区水文地质条件，为下一步防治水设计提供可靠依据。 （2）在进行矿区水文地质补勘时，应进一步查清矿床主要含（隔）水层的富水性、渗透性、 分布范围、埋藏条件及边界条件，尤其是隐伏灰岩岩溶发育规律及其埋藏深度。矿区内断裂构造发育，有可能引发突水，但地质报告中对此描述模糊。因此建议矿山在进行水文地质补勘时，着重对矿区的断裂构造进行查明，明确断层的位置、规模、发育深度、性质及富水性、导水性。 （3）由于本矿区水文地质条件复杂，在矿山施工基建巷道时，应注意超前探水，以防突水产生，尤其在勘探时期未封钻孔和不明断层附近施工时，应先施工水平探水孔，方能掘进。 （4）由于矿坑未来疏干排水将引发疏干塌陷，加上采矿将对地表造成陷落等不良地质现象，这些将加大大气降雨对矿坑地下水的入渗补给量。建议矿山加强地表监测工作，对发现的疏干塌陷和地表陷落及时进行回填处理，防止地表大气降雨量直接灌入坑内补给地下水。 （5）加强矿山生产水文地质工作，设专人对矿坑涌水量、地下水水位、降雨量等进行长期、定期观测，逐步积累、分析、研究这些资料，确保矿山安全生产。 610