青海铁矿水文勘探.docx
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青海铁矿水文勘探
青海庆华集团格尔木矿业有限责任公司肯德可克铁矿
矿区水文地质勘查设计方案
一、前言
2009年10月13日，青海庆华集团肯德可克铁矿在4020水平14#穿脉掘进过程中突发涌水，最大涌水量达440m³/h。
后经矿山采取果断措施，在穿脉中构筑挡水墙，使涌水得以暂时控制。
为尽快解决潜在危害，需在矿区范围内开展水文地质勘查工作，受矿山的委托，编制本设计方案，并组织招标施工。
二、工作概况
青海省肯德可克铁矿区位于柴达木盆地的南缘西段，隶属格尔木市乌图美仁乡管辖，地理坐标：
东经91°45′49″，北纬37°01′03″。
原矿产勘查登记区地理坐标：
东经91°45′30″—91°46′15″，北纬37°00′45″—37°01′15″，东西长1300米，南北宽800米，面积1.03km2。
矿区东距青海省省会西宁市1185千米，距格尔木市385千米；西距青海省石油基地花土沟镇约280千米。
铁矿自1968—1970年青海省原地质局第一地质队发现与初查，到1981年第一地质队完成铁矿的详查工作，提交了《青海省格尔木市肯德可克矿床铁矿详细普查地质报告》；青海省有色地质勘查局地质矿产勘查院自1995-2003年又对该区进行了铁矿地质勘察工作，编有包括矿区在内的1：
50000《青海省格尔木市肯德可克铁金属矿区域地质矿产图》，1：
5000《青海省格尔木市肯德可克铁金属矿区域水文地质图》，并于2004年11月提交了青海省格尔木市肯德可克矿区多金属资源量估算报告。
通过上述工作，查明区内铁矿资源量7000余万吨，同时亦基本查明了该矿床所赋存的相应的地层、构造情况；在与地下水有关的条件方面，查明了矿区地层、矿石及岩浆岩的分布，区内部分断层也展布在图上。
同时查明区内的永冻区和溶融区，并对部分钻孔进行了抽水试验。
现我矿已对本矿床的开拓系统及部分采准工程基本完成，先后施工了4020、3975和3960水平等不同高程的巷道系统。
这些工作对分析本区的水文地质条件有一定的帮助。
但随着采凿工作的进行，暴露出矿床的开发在已往工作中，在水文地质方面还存在一些不足。
同时原地质报告中矿山水文地质资料不详，因此导致未能提前预测矿山突水，以致在2009年10月13日，在4020水平14#穿脉掘进过程中突发涌水，最大涌水量达440m³/h。
后经我矿在穿脉中构筑挡水墙，使涌水得以暂时控制。
即便如此，累计涌水量也已达60万m³以上，并且目前水压没有任何减压的迹象。
如此大量涌水虽暂时得到封堵，但由于水文地质条件不清，对采凿工作的潜在威胁始终存在。
本次所要做的主要水文地质工作和达到的基本目标有：
1.详查、量化矿区（如图所示）西段以肯德可克隐伏断层为主的导水断层的导水性；
2．基本查明矿区范围内肯德可克向斜储水构造的储水性能以及主要含水层位；
3．基本查明：
矿区中部和东部两组北北西——南南东的导水构造的导水性；
中北部肯德可克向斜轴部上方和两翼的部分导水构造的导水性；
4．查明矿区近外围有无明显补给到矿床分布范围的导水构造；
5．基本查明已有采掘工程在不同的水平（特别是3900、3960、3975、4020水平）可能会出现的涌水部位；
三、对已有资料的初步认识与分析
前已述及，该区由青海省原地质局第一地质队和青海省有色地质勘查局地质矿产勘查院分别作了大量工作，根据这些工作可对区内形成如下认识：
1．自然地理概况
1）地势
矿区在自然地理单元上属柴达木盆地西缘，山脉与谷地相间分布，其南北分属昆仑山支脉博克雷克塔格山和乌兰乌珠尔山，海拔3500—5000米，山势壮观，地形南高北低。
1：
10万地形图中可见南部标高大于4500m，向北到巴音郭勒河标高约为4000m，地形坡度约6°—25°，局部达45°。
矿区内最大沟谷为肯德可克沟，呈北西向展布，约5Km后汇入巴音郭勒河。
矿区地形较为宽阔、平坦。
海拔4000—4205m，平均海拔4150m。
2）气候
矿区地处内陆高原，具高寒、多风、少雨、蒸发量大、昼夜温差悬殊等典型内陆高原干旱寒冷气候特征。
年平均气温零下1.5—零下3.8℃，最高气温约21.2°C，最低气温约零下30°C。
矿区内年降水量约140毫米，降水集中在5月—9月；年蒸发量为1660毫米。
风向暖季多东风，寒季多西风，基本上为东、西风交替；封冻期为每年10月—翌年4月。
每年的5—9月份可以从事野外生产活动。
3）水文
巴音郭勒河是矿区唯一的常年有水河流，位于矿区的西北、向东东北方向径流，距矿区约5千米。
该河丰水期流量为15万米3/日，枯水期流量约8万米3/日。
上述地形与水文方面的条件决定该区地下水主要来自南部，如果开采更深处的矿石，在有大的导水断层存在的情况下，甚至有可能使巴音郭勒河的河水进入矿井坑道系统。
2、地质概况
1）地层岩性
区内地层分区为秦祁昆地层区东昆仑—中秦岭分区柴达木南缘小区，根据地1：
50000地质图，矿区及周围出露的地层由老至新主要有奥陶—志留纪滩间山群（OST）、晚泥盆世牦牛山组（D3m）、石炭纪大干沟组（Cdg）和缔敖苏组（Cd）、及新近系地层。
2）构造
（1）褶皱构造
矿区褶皱构造主要是肯德可克向斜。
（2）断裂构造
矿区断裂构造有①F1逆断层：
②F10逆断层③F2逆断层④F6逆断层⑤F7逆断层⑥F8逆断层
F3正断层
F4正断层
F5正断层
北东向断裂组
北北西向断裂组
3、水文地质条件
1）含水层及富水性
根据上述地层条件分析，本区含水层可分为滩间山群下部碳酸盐岩溶裂隙含水层、滩间山群上部裂隙含水层、石碳系碳酸盐岩溶裂隙含水层和孔隙含水层。
从岩性角度分析，区内以石碳系第四岩性段易于岩溶发育，因而应该含水条件最好；滩间山群下部碳酸盐岩溶裂隙含水层次之、滩间山群上部仅为裂隙发育，含水条件较差。
而上泥盆系地层成为区内的隔水层。
第四系孔隙含水层水量可能较大，但目前缺乏实际资料支持。
从构造条件分析，由于向斜向东倾伏，东边水量应大，向斜南边倾角较缓，南侧应该水量较大。
根据区内断层情况，一般正断层导水性要好于平移断层，更优于逆断层，区内的F3断层破碎宽度大，推断应该是最为富水。
而肯德可克沟内断层尚待证实。
实际情况可能并非如此。
在4020到3960水平的凿进中，在肯德可克沟的东部，很多南北向的巷道均已穿过靠近向斜轴部的F3断层（图将4020和3960两个水平的坑道放在水文地质图中），未发现明显的突水点出现，事实基本证明矿区东部水量较小。
2）地下水的补给、径流与排泄条件
现状条件下，本区地下水接受径流补给及大气降水入渗补给。
由于矿区地形南高北低，地下水总的径流方向应该由南向北，但南部大范围泥盆系地层的分布，阻挡地下水的径流，不利于地下水的径流补给。
在肯德可克沟内，虽然平时无水，但上游变为隐伏径流的孔隙水，会沿着肯德沟向下径流，补给区内。
另外，推测的肯德可克沟断层带也会将上游地下水导向区内。
除肯德可克沟外，其余地方均为多年冻土区，降水不可能补给地下。
但由于某些原因，肯德可克沟并非多年冻土，故大气降水可通过沟内的卵砾石层补给地下。
由于该区年降水量相对较少、地下水位埋藏较深，肯德可克沟宽度及长度有限，即接受补给区的面积有限，故大气降水对地下水的补给较少。
从地形及构造条件分析，区内地下水的径流方向总体为由南向北，局部可能有变化。
地下水的水力坡度不祥。
根据对水质资料的分析，区内存在主径流带，主要表现为地下水的矿化度差异很大。
地下水的矿化度可反映地下水径流条件，径流越好，地下水的矿化度越小，否之则反。
在肯德可克沟内，地下水的矿化度很小，一般0.1—0.6g/l，为淡水；而在沟两侧矿化度明显增高，达9-15g/l，为咸水到盐水。
说明区内地下水的主径流带在肯德可克沟内。
另外两条规模较小的北西向断层，其径流条件可能好于周围岩石，但目前缺乏资料支持。
地下水的排泄条件，在天然条件下，由于区内地下水位埋藏深，地下水不会蒸发排泄，区内其它生产活动较少，也未对地下水的排泄产生影响，因此地下水还是通过径流排泄排出区外，同样由于北部为隔水的F1断层阻挡，地下水主要通过肯德可克沟下径流排泄；而铁矿采凿条件下，由于矿坑排水，增加了人为排泄。
目前，地下水的补给量无法确定。
除了肯德可克沟外，沟西有无地下水补给不清。
4）矿床充水条件
青海省有色金属勘察院认为矿床充水主要来自上覆的碳酸盐岩裂隙岩溶水和构造水。
对充水通道未予阐述。
四、尚待查明的水文地质条件
决定矿坑涌水量大小的条件主要是充水水源与充水通道，目前充水水源方面存在的问题有：
1、肯德可克沟的孔隙水，其水量大小及来源不清。
从青海省有色金属勘察院资料推断，其水量应较小，主要是含水层厚度很小，仅3m，不支持其有大的水量。
但报告中一些地方矛盾，如在地层中第四系最大厚度18m，而在地下水类别及含水岩组的划分中又写到地下水位埋深52.47m，说明第四系厚度则在56m，两者矛盾，并未查清。
而一般砂卵石层的透水性要远大基岩，有可能是目前4020水平突水的主要水源。
因此第四系地层厚度、含水层厚度、含水层的空隙度应该查清，方可计算肯德可克沟内孔隙水的静贮量，
2．肯德可克沟下隐伏断层，到底有无，没有实际资料支撑。
如有，该断层起什么作用，是储水的空间，还是集水廊道，亦或是导水通道，或者三者兼并，目前不清，如有断层，其确切的平剖面位置在什么地方也需进一步查明。
3．矿区北部不到1000m有一条东西方向延伸沟谷，向西进入巴音郭勒河，是否为断层通过，能否成为一储水空间，对矿区有无影响尚不清楚，也需查明。
4．一般岩浆侵入体与围岩接触部位裂隙发育较多，是地下水赋存的较好场所，区内有多期岩浆活动，有些岩浆岩呈岩基产出，其贮水性未见阐述，需要查明。
在通道方面：
一般矿坑充水的通道有：
断层、岩溶管道、天窗、侵入接触带、顶板冒落、底板突破等。
如矿体直接与第四系接触时，第四系强透水的砂卵砾石层也会成为矿坑充水的通道。
在此矿区主要是断层和岩溶管道，对侵入接触带也需引起重视。
主要查明仍然是肯德可克沟内第四系地层的透水性、其下如有断层时断层的导水性，另外F1断层北面东西向沟是否为断层，如是其导水性如何，需要查明。
五、总体勘察思路及工作布置
为查明上述条件，采用的工作手段有：
补充水文地质测绘，水文地质物探、水文地质钻探、抽水试验、地下水动态的长期观测、及地下水质分析等。
根据现有资料，结合矿井坑道施工揭露情况，本次勘查重点地段为肯德可克沟。
为查明肯德可克沟第四系含水层和下伏基岩的渗透性，水文地质钻探布置了3条勘探线，每条勘探线上布5个勘探点，其中1个为抽水井，井径300mm，井深300m；其余4个为观测孔，井径150mm，井深预计200-300m。
另外在2-2剖面线抽水井附近，F3断层的上、下盘各布设一个观测孔。
总工作量共3个抽水井，预计总进尺900m；14个观测孔，预计总进尺3600m。
井、孔的位置详见勘探点平面布置图。
根据以上分析，要查清矿区水文地质情况，更好地为以后的采矿工作服务，从长远考虑，这些工作是必须要做的。
但是，鉴于上述工程勘查工作工程量较大，实施费用也相对较大，工期较长。
从公司经济及矿山目前水文地质工作的紧迫性考虑，整个矿区水文地质勘查工作可分两步进行：
第一步，把三条物探剖面的物探工作、2-2剖面线之水文地质钻探工作及钻孔抽水试验、4020水平14#穿脉涌水处的地面相应位置，补充抽水孔及观察孔各一个，孔深各为70米，必须要提前做工作。
第二步，利用现有巷道及上述施工后的地质钻孔进行水文地质研究，同时，根据第一步的工作情况，再考虑是否做有关的补充工作。
一期勘查具体工作如下：
1、补充水文地质测绘
范围南界地形图的96线，北到015，东西如图，比例尺1：
5000或1:
10000均可。
2、水文地质物探
主要揭示肯德可克沟内第四系底界、孔隙含水层厚度，沟内断层状况（有无、产状、规模）、F1断层以北东西向沟的断层状况，拟布置短电测剖面5条，其中垂直肯德可克沟3条，垂直F1断层以北东西向沟两条，每条长度500m，探测深度控制在250m。
3、水文地质钻探
1）为查明肯德可克沟第四系含水层和下伏基岩的渗透性，一期布置一条2~2′工程勘探线（位于透水点以南100米之内），勘探线上布设5个勘探点，其中1个为抽水井，井径300mm，井深300m；其余4个为观测孔，井径150mm，井深预计200-300m，预计总井深1100米。
其中在2-2剖面线抽水井附近，F3断层的上、下盘各布设一个观测孔。
井、孔的位置详见勘探点平面布置图。
2）从地表至4020水平14#穿脉透水点的位置附近分别布设一个水文观测孔（井径150mm）和一个抽水孔（井径300mm），孔深各60米。
且在此透水点进行放水试验。
以上井、孔施工均不包括成井材料。
4、槽探
矿区北部发育有一条东西向沟槽，西到巴音郭勒河，沟槽东部北北东向断层与沟槽相交。
据区域地质资料，沟槽内可能发育东西向的隐伏断层，为查明这些断层破碎带宽度，垂直沟槽布置一条探槽，预计探槽长50m，宽1m，深3m（可实际情况调整探槽尺寸）。
5、抽水试验
抽水试验的方法可根据该矿区已有的水文地质资料概化出的水文地质模型和水文地质参数计算得要求选择，分为稳定流和非稳定流抽水试验。
抽水试验过程中严格按抽水试验规程进行地下水水位观测、记录，必须达到规范规定的稳定抽水时间和稳定延续时间，然后进行恢复水位观测、记录，每组进行3个降深的抽水，每个降深满足规范要求，同时测量地下水温度。
现场绘制抽水流量、降深、时间关系曲线，检查抽水试验是否满足水文地质参数计算的要求。
在第四系含水层布置3组多孔抽水试验，查明沟内第四系含水层的渗透性。
在基岩内布置3组多孔抽水试验，查明含水岩体的渗透性。
3个抽水井在抽水试验结束后设为长期观测孔。
对4020水平14穿透水点进行放水试验。
6、取岩土、水样
在第四系含水层中取扰动砂样60件做颗分试验，在基岩中取岩芯样54组进行岩石的物理性质试验，在每次抽水试验结束后及长期观测孔中取全分析水样共30组，在观测孔中和水文地质测绘时预计取简分析水样60件。
7、地下水位等压线控制钻孔
为编制肯德可克矿区范围内地下水等压线，在矿区一定范围内，充分利用现有巷道及坑内钻进行水文地质研究。
为编制肯德可克矿区范围内地下水等压线，在矿区一定范围内，在充分利用原有钻孔的基础上，补充布置10个观测孔进行控制，井径150mm，井深预计80-100m左右。
该项工程拟在二期工程中安排。
六、提交成果
1、文字：
青海省肯德可克铁矿区水文地质勘查报告
主要内容：
1.1 工作概况
1.2区域水文地质
1.3 矿区水文地质
1.4 矿坑涌水量预测
1.5矿区水资源综合利用评价
2、图件
1.1矿区1：
5000地形图
1.2矿区水文地质图（1：
5000）
1.3矿区水文地质剖面图及柱状图
1.4钻孔抽水试验综合成果图
1.5矿区主要充水含水层地下水等水位线图
1.6矿坑涌水量计算图
1.7钻孔工程地质综合柱状图
1.8物探成果报告
3表：
1.1钻孔抽水试验成果汇总表
1.2钻孔简易水文地质综合编录一览表
1.3矿坑涌水量计算表
1.4水质分析成果表
1.5岩（土）样试验成果汇总表
七、工程的组织实施
根据当地地理、气候特点及实际野外实施的可能性，本工程分为两期进行，前期进行地质资料的收集和地形测量、物探、水文地质补充测绘及资料的分析和论证工作，在此基础上正确确定水文地质剖面位置和钻探工作量，同时考虑该工作区实际野外工作时间段受季节因素影响，在分析整理前期资料的同时，在不影响整体实施方案的前提下，先布设部分水文地质野外钻探的工作。
紧接着安排二期工程，在完成全部的分析论证后，全面展开水文地质勘查工作。
3、肯德可克铁矿水文地质勘查工程量明细表：
水文地质勘查项目工程量明细表
项目名称：
青海省格尔木肯德可克铁矿矿区水文地质勘查
工作手段
技术条件
计量单位
总工作量
一期工程量
二期工程量
备注
甲
乙
丙
1
一、地形测绘
（一）地形测量
1、控制测量
（1）导线测量（一级导线）
困难类别Ⅴ
km
24
24
地区系数：
1.9
（2）图根点控制
困难类别Ⅴ
点
40
40
地区系数：
1.9
（3）GPS（E级网）
困难类别Ⅴ
点
15
15
地区系数：
1.9
2、地形测量
（1）1:
5000地形测量
困难类别Ⅴ
km2
21.18
21.18
地区系数：
1.9
（二）制图
1、地形图编绘
（1）1:
5000
困难类别Ⅱ
幅
7
7
2、地形图数字化
（1）1:
5000
困难类别Ⅱ
幅
7
7
3、地质图数字化
（1）1：
5000
困难类别Ⅱ
幅
7
7
4、计算机成图
（1）平面水文地质图
困难类别Ⅱ
幅
7
7
（2）矿区地下水等水位线图
困难类别Ⅱ
幅
7
7
（3）地质剖面图
困难类别Ⅱ
cm
1200
1200
（4）钻探、槽探柱状图
困难类别Ⅱ
cm
1000
1000
二、补充水文地质测绘
2、1：
5000补充水文地质测绘
地质复杂程度Ⅲ
km2
21.18
21.18
地区系数：
1.9
3、1：
500地质剖面测量
地质复杂程度Ⅲ
km
2.5
2.5
地区系数：
1.9
三、物探
1、激电中梯（长导线）测量
点距10m地形等级Ⅳ
km
2.5
2.5
地区系数1.9
四、水文地质钻探
1.机械岩芯钻探
地区系数1.9
抽水井（Φ300mm）0～300m
岩石级别Ⅷ
m
900
360
540
观测孔（Φ150mm）0～300m
岩石级别Ⅷ
m
3600
1160
2440
等水位线钻孔（Φ150mm）
0～100m
岩石级别Ⅷ
m
1000
五、槽探
0～3m土石方
m3
150
150
六、水文地质试验
1、钻孔抽水试验（分层）
孔
18
18
2、坑道涌水调查
1个中段
2
2
3、岩石力学样
组
54
54
4、地表水、地下水化学样
组
60
60
5、水温、水位观测
次
1800
1800
6、放水试验
次
3
3
7、放水试验观测
次
6075
6075
8、动态观测
次
511
511
七、其它地质工作
（一）地质勘查工作测量
1、剖面线测量
km
2.5
2.5
地区系数1.9
2、地质点测量
手持GPS
点
300
300
地区系数1.9
3、工程点测量
点
15
15
地区系数1.9
（二）地质编录
1、水文地质钻探
m
5500
1520
3980
地区系数1.9
2、槽探
m
50
50
地区系数1.9
（三）采样
岩芯样
m
20
20
地区系数1.9
（五）方案编写
份
1
1
（六）编写报告
份
1
1
（七）报告印刷出版
份
6
6
预算编制人：
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