矿区水文地质

第6章矿床开采技术条件

6.1水文地质

6.1.1 区域水文地质条件

矿区位于沂沭断裂带之西侧，属丘陵区，切割剥蚀一般，地形总体为北西高—南东低，最高点为矿区西北部的东跋山标高为283.4m，最低点位于矿区东南部的顺天河阶地，标高146.8m，相对高差136.6m。该区属暖温带大陆性季风气候，四季分明，具有春旱多风，夏热多雨，秋高气爽，冬季干冷的气候特征。多年平均气温12.1℃，平均年降水量873mm，降水主要集中在七、八、九三个月份，约占全年降水水量的76%。区内地表水较发育，位于矿区西北部的跋山水库是山东省较大水库之一，本区属沂河水系，地下水主要补给来源为大气降水。矿区地下水、地表水以不同径流方式汇入顺天河。顺天河位于矿区东侧，为一季节性河流，水量随季节而异，夏秋两季水量较大，一般为20m3/h。

6.1.2 矿区水文地质特征

根据山东省水文地质分区，沂水县东跋山矿区属鲁中南中低山丘陵碳酸盐类为主水文地质区（Ⅱ）、肥城—沂水单斜断陷水文地质亚区（Ⅱ2）、沂水断块基岩裂隙水系统（Ⅱ2-5）的径流区。当地最低侵蚀基准面位于矿区东南部的顺天河阶地，是全区地表地下水的主要汇集处，标高为146.8m，首采地段标高为+200m。

根据地下水的分布规律及其赋存条件，地层、岩性、水力特征，将

矿区地下水类型划分为第四系松散岩类孔隙潜水、基岩裂隙水两种类型。

①第四系松散岩类孔隙潜水：

呈条带状分布在矿区内顺天河两侧，宽500-1000m不等，含水层厚度一般2-5m，下游最厚可达10m，岩性为冲洪积砂质粘土、砂砾石等，结构松散，透水性好，含孔隙潜水，水位埋深0.86—4.5m，年变幅1.0m左右，随季节变化明显，主要接受大气降水及基岩裂隙水的补给，排泄以人工开采及径流排泄为主。地下水化学类型为SO4·HCO3—Ca·Mg型，矿化度小于0.5g/L。

②基岩裂隙水

主要指埋藏于风化带中的网状基岩裂隙水。赋存于各类基岩之上部风化带。根据钻孔水文、工程地质编录资料及野外调查，矿区风化带深度一般18-25m，局部地段受构造影响达30m以上。

风化带内裂隙发育，裂隙倾角以垂直及近垂直的高角度为主，发育程度随深度增加而减弱。矿区内中粗粒二长花岗岩、片麻状二长花岗岩，斜长角闪岩、黑云变粒岩等各类岩体，抗风化能力较强，且风化深度也浅。基岩裂隙水主要接受大气降水的补给，沿地形坡降顺坡迳流，至地形有利处以潜流及泉的形式排泄出地表，地下水位埋深随地形而异，一般6.4—21.30m，平均水位埋深14.891m，平均水位标高180.799m（见表6-1）。根据抽水试验资料，试验涌水量0.175L/s，单位涌水量0.00178L/s·m，根据矿区含水层富水性划分等级，属弱富水。水质类型HCO3—Ca·Mg。矿化度小于0.5g/L，水温14℃。

表6-1 矿区静止水位一览表

另外，发育在矿区东部，顺天河以东，张古山—红石山一带，岩性

为寒武系灰岩及白垩系碎屑岩，因对矿区影响不大，也一并统划为基岩裂隙水，未作详细划分。

6.1.3 矿坑充水因素

因矿床地形相对较高，断裂构造破碎带不发育，基岩裂隙水为矿床充水的直接因素，矿体顶、底板岩性主要为含磁铁石英岩、斜长角闪岩、黑云变粒岩、中粗粒二长花岗岩、片麻状二长花岗岩等。由于岩石致密坚硬，裂隙不发育，透水性、富水性较差。为一弱含水层，局部受构造影响，富水性有所增强。基岩裂隙水主要按受大气降水的补给，通过两壁迳流运动进入矿坑。

发育在矿区东部的顺天河对矿区影响不大：一是经调查及物探查明无构造与之相通；二是抽水时河水位与钻孔水位无水力联系；三是矿区含矿地层及顶底板岩层几乎为隔水层。

6.1.4 边界条件

由于矿体呈带状分布，矿体顶、底板为一弱含水层，没有明显的补给与隔水边界，因此形成无限状态下弱补给边界条件。

6.1.5 预测矿坑涌水量

预测未来矿坑涌水量，是一项重要而复杂的工作，它对矿床技术经济评价有很大影响，也是开采设计部门制定疏干措施，确定排水设备及生产能力的主要依据，为此进行评价性涌水量计算，本矿区主要预测首采地段矿坑第一开拓水平的涌水量。

矿坑涌水量预测的影响因素多，各项参数难以精确测定，预测结果与实际情况有所偏差，为近似的计算结果。

因首采地段矿体平面形态为条带状，未来采坑呈狭长状，适宜用坑道系统狭长廊道法预测矿坑涌水量，通过分析疏干流场的水力特征，确定计算公式，通过边界类型及计算用参数的确定，对矿坑涌水量进行预测。

a 疏干流场的水力特征

矿体绝大部分为隐伏矿体，矿体顶、底板为主要充水岩层。矿体顶、底板根据钻孔抽水试验，单位涌水量为0.00178L/s·m，为一弱含水层，矿山开拓初期，矿坑涌水量以消耗地下水静储量为主，为非稳定流，地下水从两壁向坑道涌入，随着疏干排水，矿坑涌水量将逐渐减少。

b 边界类型

首采地段进水类型可概化为采坑位于二直线弱补给无限边界中间。

c 计算公式的确定

以上述地下水水力特征，边界条件类型选择如下公式进行计算。

Q=R h

H BK

2 2

式中Q:坑道涌水量（m3/d）B：坑道长度（m）

K:渗透系数（m/d）

H：无压含水层厚度（m）

h：坑道内水深（m）

R：水平坑道之影响宽度（m）d 参数的计算与选择

①渗透系数选用BZK9-2钻孔抽水试验计算结果

②采用算术平均水位标高减首采地段标高计算出含水层平均厚度。

③矿坑疏干时的水位降深值：据国内外矿山开采观测资料，在井筒外缘h0不超过0.5-1.00m，它所引起的涌水量计算结果偏大0.5-1%是允许的，因此矿坑涌水量预测时，水位降深取静止水位到设计开拓水平间的垂距，直接从图上量取。

④坑道长度：采用首采地段控制矿体长度，直接从图上量取。

计算结果见表6-2

表6-2 大井法矿坑涌水量计算结果表

6.1.6 矿坑涌水量计算结果评述

矿坑涌水量计算了正常涌水量及最大涌水量，其结果为略偏小值，主要原因如下：

①渗透系数有偏差：由于矿区水文地质条件简单，抽水试验为单孔

提桶抽水，由于单孔公式难以避开井壁附近的三维疏，其计算只能取得含水层钻孔出水量与水位下降的关系，使渗透系数值偏差较大。

②越流补给：计算过程中未考虑风化带下部局部承压水对矿坑涌水的越流补给，使计算的矿坑涌水量偏小。

6.1.7 推荐矿坑涌水量

矿坑在疏干初期地下水为非稳定流，矿坑疏干排水是以消耗含水层中的静储量。矿坑涌水量以大气降水流入采坑的水量为主，采坑在开拓期各矿段推荐丰水期正常矿坑涌水量各矿段在180—280 m3/d，丰水期最大矿坑涌水量各矿段在270-420 m3/d（据相邻杨庄矿区开采经验）。经过前期调查、物探工作、抽水试验等工作确定矿区东部的顺天河对矿区无大影响，故预测涌水量时未作考虑。但在采矿时亦应随时观测河水位，以免有局部破碎地段导致涌水。

6.1.8 地下水质量评价

地下水质量一般与地质环境状况密切相关，人类活动因素如工业、生活排放的“三废”以及农业上使用化肥、农药等是污染地下水质量的主要因素，沂水县东跋山矿区根据地下水分析结果，选取CL、SO4、F、NO3等11项主要指标作为单项评价因子，依据国家《地下水质量标准》CGB/T（4848-93）为评价标准，首先进行各单项组份评价，确定出单项组份分值Fi，然后按下列公式计算综合评价分值F。

公式：

F=22 max

2Fi F+

∑1

1n

i Fi n F ==

式中：

F ：综合评价分值

F ：各单项组份评价分值Fi 的平均值 Fi max ：各单项组份评价分值Fi 中最大值 n ：项数

评价原则：根据F 值的大小，将地下水质分为五级见表6-3

从评价结果看，矿区地下水优良区、良好区及较好区主要分布在矿区中部地形较高部位，而矿区周围地形低洼处及村庄附近地下（表）水均为较好—较差，主要污染物为NO 3、NO 2离子。见表6-4，6-5。

表6-4沂水县东跋山矿区水质分析结果统计表

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表6-5 沂水县东跋山矿区水质评价结果表

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6.1.9 矿区供水水源方向

矿区内地下水矿化度小于1克/升，为水质较好的淡水，可作为生活用水的水源。矿区东北部约2km的跋山水库是一大型水库，根据水质分析结果，矿化度0.40g/L，PH7.5，硬度0.22g/L，水质较好，是较理想的矿区工业用水的水源。

6.1.10 矿区水文地质条件评价

该矿区位于区域水文地质单元的径流区，矿体及顶、底板富水性、透水性弱，矿床充水因素单一，各矿段正常涌水量小于1000m3/d，大部分矿体（首采地段）位于当地侵蚀基准面以上。排出的矿坑涌水可自然排泄至顺天河，但矿区东边120米有顺天河自北而南流过，根据矿区水文地质条件划分原则，属于水文地质条件中等的矿床。

6.2工程地质

6.4.1 矿体及顶、底板岩石的稳定性

该区铁矿床赋存于中泰山岩群雁翎关地层中。矿体及顶、底板岩性主要为含磁铁石英岩、斜长角闪岩、黑云变粒岩等。局部直接与古元古代斑状中粗粒二长花岗岩、片麻状二长花岗岩接触。

根据钻孔水文地质编录及岩石力学性能试验结果，矿体岩心呈柱状，裂隙不发育，RQD达90%，抗压强度为62.15MPa，为坚硬中等完整的岩体，工程地质条件较好为一稳固带，见表6-6、表6-7。

矿体顶、底板斜长角闪岩、黑云变粒岩、中粗粒二长花岗岩、片

麻状二长花岗岩等，根据水文地质编录与力学性能试验结果，裂隙不发育，岩石完整，RQD45%-75%，抗压强度为65.9-76.40MPa，属坚硬半坚硬完整的岩体。

总之，矿体及顶、底板岩体均属坚硬、半坚硬，完整—中等完整的岩体，但断裂构造不同程度影响岩体的连续性及稳定性，特别在断裂构造附近，岩石破碎程度加强，是不良工程地质因素的潜伏地段，也是今后重点防护治理的地段。岩石力学性能测试结果是具代表性的结果，虽不能反映局部复杂的情况，但就整体而言，矿床岩体工程地质条件较好，属工程地质条件简单—中等复杂的矿床。

6.3环境地质

6.3.1 区域地壳的稳定性

沂水县东跋山矿区位于沂沭断裂带之鄌郚—葛沟断裂西侧，沂沭断裂带及其附近两侧，大大小小的地震活动从未间断过，说明它是处于活动状态的断裂，是一条地震活动带。1969年7月15日，渤海中部发生7.4级地震，1975年2月24日，又在辽宁海城发生7.3级地震。这两次大地震以及公元前70年6月1日，山东诸城一带的7.3级地震和1957年10月6日渤海中部的7.5级地震，它们的震中位臵都无一例外地落在沂沭断裂带上或其附近。就小地震而言，该带及其附近，亦时有发生。这就显示了沂沭断裂带是一条现今仍在继续活动的活动断裂，这些大大小小的地震活动，是沂沭断裂带一次次间歇性活动的结果。据统计研究，自公元1400年以来，以沂沭断裂为中心200公里范围内共发生M8.5级地震1次，M7.0-7.9级地震5次，M6-6.9级地震11次。其中中段（沈阳-宿迁段）就发生8.5级地震1次，M7.0-7.9级地震7次。1995年苍山地区发生5.2级地震，2004年9月10日莒县陵阳发生4级地震。2005年10月18日早7点在郯城发生4.9级地震，自1999年1月至2006年1月沿昌邑—大店断裂发生2级以上地震48余次，山东地区在NEE—SWW方向主压应力状态下，近EW、NW向断裂活动更新，活动性更强，说明该地区区域稳定性差。该区地震动峰值加速度为0.2g。

6.3.2 矿山地质环境质量

该矿区在进行了1：1万水文地质调查的同时，广泛进行了地下水水质与地方病以及人为污染地下水、区域稳定性等环境地质调查工作。

通过调查及野外观察，没有发现对矿山开发有影响的不良物理地质现象，矿区附近地下水水质较好，各自然村没有与地表、地下水有关的地方病，矿段内未发现地热异常和有害气体。矿石化学成份稳定，不易分解有害组分，无放射性元素存在。矿床地下水不丰富，岩石坚硬完整，透水性、富水性均较差，因此矿山疏干排水，引起地面塌陷、沉降的可能不大，但在开发过程中仍要做好防护措施，以防万一。

根据水质分析结果，区内地表中NO3、NO2、SO4离子含量较高，这与农村生活污水及农业上使用化肥、农药有关。

开采出的矿石直接运到选矿厂，在当地不设分选，废石也一并运走，故在当地不设尾矿库。

综上所述，根据矿区地质环境质量划分原则，该区附近无污染源，地下水水质良好，矿石及废石不易分解出有害组分，无放射性元素存在，但部分地段的露天开采对地表环境破坏较大，因此属地质环境质量确定为良好—中等区。