摘要：结合东平县某铁矿开采工程以及采矿区的水文地质条件，分析了铁矿开采对当地地下水资源量、地下水水位及水质的影响，并提出了地下水保护对策及污染防治措施，以期达到地下水保护的目的。
关键词：铁矿开采；地下水；保护对策
1.引言
地下水是水资源的重要组成部分，在城市供水、农村人畜饮水、农田灌溉、工业生产等方面发挥着十分重要的作用。随着社会和国民经济的迅速发展，对地下水资源进行掠夺式开发，区域地下水位下降、地下水资源衰竭、地下水水质恶化、地面沉降、地面裂缝和地面塌陷等环境恶化、地质灾害问题越来越严重，不仅影响国民经济的发展，而且危及人类自身的生存,地下水资源开发、利用与配置、保护间的矛盾日益突出。
在采矿过程中，对地下水的破坏和污染比较严重。矿坑排水打破了地下水原有的自然平衡系统，使地下水向矿坑汇流，形成以矿井为中心的降落漏斗；采矿产生的废渣、废石场的渗滤液、矿井排水等，造成大量有害物质沉积地表，并通过各种途径进入地下水含水层，污染地下水。地下水一旦污染，将会对周边地区的居民生活和工农业生产带来极大的影响，且短期内难以恢复。
2.工程概况及采矿区水文地质条件
2.1 工程概况
某铁矿开采工程矿区位于山东省泰安市东平县城西南约10km，面积4.98km2，矿区内7个矿体宽1000m，埋深一般在60～90m。向西偏转大致沿着西北317°方向延伸，矿体间距一般在260～580m之间，沿走向向西北侧伏，侧伏角在10～25°，总体属有限延伸的板状矿体。
该矿区开采时采用自下而上分层回采，并采用井下填充工艺，利用选矿厂尾砂进行井下填充，不设尾矿场，只在采场生产区西南设废石场对尾砂进行临时堆存。项目年产铁矿石200万t/a，生产品位为62％的铁精粉57.6万t/a，同时产生干选尾矿30万t/a，磁选尾矿112.4万t/a。本项目生产用水量为7270.85m3/d，年用水量为240万m3 （年工作日330天）。
2.2 矿区水文地质及含水层特性
2.1.1 地下水类型及分布
矿区主要含水层有第四系松散岩类砂砾石层、寒武系灰岩、泰山岩群黑云变粒岩，其中泰山岩群黑云变粒岩的裂隙发育带是铁矿开采的主要充水含水层。主要隔水层为第四系的粘土、粉质粘土，寒武系的页岩、泰山岩群完整的黑云变粒岩。
（1）全新统冲积层孔隙水：主要由大清河河床冲积之粉、细砂组成，沿上述河流呈带状分布，除丰水期含孔隙潜水外，其它季节均处在区域第四系含水层地下水位之上，为透水不含水地层。该层分布区为下伏全新统冲洪积孔隙含水层接受大气降水及地表水渗漏补给的有利地带。
（2）全新统早期冲洪积孔隙水：由粗砂、中粗砂及含砾中粗砂组成，局部为细砂，遍布全矿区，埋藏较浅，一般埋藏于4～13m以下，厚度7～30m，呈层状，分布较稳定，局部夹透镜状粘土薄层，含孔隙水，略具承压性质，其富水性受砂层厚度及颗粒粗细控制，呈由北向南增厚趋势，地下水迳流方向由北东向南西，为矿区主要含水层。
（3）全新统洪积、坡积孔隙潜水：分布于北部低山缓坡地带和河谷边缘，含水层岩性为粘质砂土夹碎石，地下水位埋深1～3m，年变幅1～2m，属孔隙水。由于堆积物厚度小，颗粒细，并且地形坡度大，排泄迅速，不利于地下水富集，富水性很弱。
（4）寒武系下统岩溶裂隙水：由白云岩、泥灰岩、泥云岩等组成，分布于陈圈-郭海以北一带的第四系之下，泰山岩群之上，其南侧部分地段与泰山岩群呈断层接触，其顶板埋深29.51～60.30m，含水层厚度1.83～65.52m。岩溶裂隙发育，无充填或方解石、泥质充填，部分钻孔可见溶洞2.51～1.43m。
（5）泰山群变质岩裂隙水：由变粒岩、黑云斜长片麻岩、磁铁石英岩等组成，含裂隙承压水。区内均被第四系和寒武系覆盖，埋深 26.79-112.Om，为矿床直接充水岩层，含水、透水性均较差。
2.1.2导水性
由第四系下部粘土、姜石层、钙质富集层及半固结砂砾、寒武系的页岩和泰山岩群完整的黑云变粒等组成。第四系隔水层分布于矿区全新世早期含水砂层之下，矿区厚度10～18m，构成与下部含水岩系较稳定的隔水底板。但根据邻区和钻孔观测表明，该隔水层局部缺失，如邻区吕家楼地段第四系含水砂层直接覆于泰山岩群之上，形成“天窗”。
2.1.3 地下水的补给、径流与排泄
第四系孔隙水的补给主要靠大气降水和地表水的入渗补给，其次是上游的地下径流补给，其排泄方式主要是人工开采及向下游径流排泄。
寒武系下统岩溶裂隙水的补给来源有大清河上游河水的渗漏补给、矿区北部山区寒武系露头区大气降水的补给和上覆第四系松散岩类孔隙水的越流补给。
泰山群变质岩裂隙水的补给主要来源于上覆的寒武系岩溶裂隙水和第四系松散岩类孔隙水越流补给及泰山群变质岩分布区的降雨入渗后的地下径流补给。
3.铁矿开采对地下水的影响
3.1对区域地下水资源量的影响
据矿区水文地质条件可知,泰山岩群变质岩裂隙水为矿床直接充水岩层。在开采初期，对直接充水含水层采用疏水降压开采，中后期采用疏干开采，对地下水资源量有一定的影响。根据钻孔抽水试验资料分析，含矿层泰山岩群风化裂隙含水层与上覆的寒武系灰岩含水层、第四系松散岩类含水层水力联系极差，因此可不考虑第四系孔隙水和寒武系岩溶裂隙水越流补给的情况，矿井的正常涌水量基本为泰山岩群变质岩裂隙水，水量基本稳定，但在含水层初揭时涌水量会大于正常稳定出水量。
3.2对地下水水位的影响
该铁矿开采的直接充水含水层为泰山岩群变质岩裂隙水，在泰山岩群变质岩裂隙水含水层与上面的第四系松散岩类砂砾石层含水层、寒武系下统岩溶裂隙含水层之间有较厚的第四系的粘土、粉质粘土和寒武系的页岩以及泰山岩群完整的黑云变粒岩隔水层存在，能较好的阻隔泰山岩群含矿层裂隙水与第四系孔隙水、寒武系岩溶水之间的水力联系。地下水开采会导致区域内泰山岩群含矿层裂隙水的局部疏干，但由于该含水层含透性较差，不作为区域内的水资源；第四系的粘土、粉质粘土和寒武系的页岩以及泰山岩群完整的黑云变粒岩隔水层的存在，矿床开采引起的疏水不会对区域内作为水资源的第四系含水层和寒武系馒头组含水层产生影响。
3.3对地下水水质的影响
地面各种污染物如生产废水、尾矿砂淋溶水等废水中所含污染物质进入雨水或地表水，成为地下水的污染源，如果区域内粘土层较浅的话，尤其在第四系缺失的地方，地表水有可能通过地表裸露的岩层孔隙渗入到区域地下水中影响地下水水质；采矿不可避免地要把油污、有机废物等带入地下，从而使蓄水层的水质恶化。矿坑疏干排水降低了地下水位，使原来处于饱和带的矿体岩石转化为包气带，有些难溶矿物可转变为易溶矿物，经过风化、雨水渗入淋滤，或由于暂时停止抽水，水位回升时的溶解，可以使矿区地下水中增加某些成分，而使地下水恶化。
4.保护对策
4.1减少矿坑富余排水
在无工程措施的情况下，该项目富余排水量较大，不仅不利于矿井安全生产，还增加了巨大了排水成本，另外富余外排水如果不能有效利用会造成水资源的浪费，也对周边水环境构成威胁。
4.2 提高水资源利用率
要大力实行循环用水，提高水资源重复利用率。矿井水经过处理后可用于井下开采和选矿生产用水，剩余的水量作为周边企业生产用水；选矿废水应循环利用，未循环利用的部分应进行收集并处理。生活污水经处理后用于场区绿化；厂区内雨水及尾矿砂渗滤液通过排水井收集，作为日常厂区洒水降尘使用。
4.3 大力实施节水措施
建立节水项目投入机制，积极采用节水工艺，使工程成为节水型项目。
在管理上必须抓好计量工作和水平衡测试，分析挖掘节水潜力，加强对输水管道的检测维护，防止跑、冒、滴、漏现象的发生。大力推行科学用水，积极研究、推广和应用节水新技术、新工艺、新设备和新材料。加强水法规的宣传教育，增强水患意识，形成珍惜水、节约水、保护水的社会风尚。
4.4 加强水污染的防治
对废石临时堆放场及厂区地面进行防渗处理，避免废矿石淋溶水、地面冲洗废水等的下渗。完善污水处理设施及污水管网，对厂区污水进行收集处理再利用，对无法利用的外排水，需处理达标后排放，确保厂区废水不会直接排出，避免引发水污染。
4.5 防治地面塌陷等地质灾害的发生
在开采方法上先开深部矿、后开浅层矿，相邻矿房不同时开采，矿房开采完毕后，及时进行回填，待充填体稳定后再进行相邻矿房的开采；要合理布设竖井，尽量缩小地下的疏干区范围；夹石的堆积，不仅会影响环境，同时又侵占了耕地，所以，要尽量减少夹石的堆放量，使夹石及时回填地下采空区，同时也减少了其它地质灾害问题的发生。
4.6 加大监测监管力度
针对深层岩溶地下水，第四系砂层浅层地下水建立水位动态、水质监测网络，项目水源地应建立专用地下水观测井，对区域地下水动态进行跟踪监测，并定期对地下水资源进行评价，了解地下水变化趋势及水环境变化状态，及时采取有效措施，保护地下水资源和水环境。
参考 文 献
[1]吴希龙.泰安市水污染现状及对策,地下水，2002.1.p21
[2]吴希龙.泰安市地下水开发利用中的水环境问题及对策，地下水2005.3.p206
[3]张永波.地下水环境保护与污染控制，中国环境科学出版社，2003