山東會(huì)寶嶺鐵礦礦井水害分析與防治措施

石紹飛 劉允秋 尹 裕

(1.山東能源臨礦集團(tuán)會(huì)寶嶺鐵礦；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

會(huì)寶嶺鐵礦礦床產(chǎn)于變質(zhì)巖系巖層中，為隱伏礦體，礦體呈陡傾斜層狀分布，礦體走向NW279°～284°，北翼①#、②#礦體傾向SW，傾角81°～88°，局部直立或倒轉(zhuǎn)；南翼①#、②#礦體傾向NE，傾角63°～75°，局部較緩[1-2]。礦體頂部西端埋深34.82 m，向東側(cè)向傾伏，并隱伏于蓋層之下，礦區(qū)內(nèi)蓋層較厚。區(qū)內(nèi)礦體的主要充水含水層為二青山組灰?guī)r、石英砂巖巖溶裂隙水。含水層下分布有黑山官組斷續(xù)不穩(wěn)定的頁(yè)巖，隔水性較好，不整合于黑云變粒巖或礦體之上，二青山組石英砂巖含水層通過(guò)不穩(wěn)定的黑山官組頁(yè)巖段對(duì)礦床坑道開(kāi)采起到一定的直接充水作用[3-4]。礦體頂板圍巖巖性為黑云變粒巖，巖石堅(jiān)硬，巖體較完整，裂隙較發(fā)育，含水性差，對(duì)深部礦床坑道開(kāi)采、充水不會(huì)造成較大影響。由于上部礦體與蓋層石英砂巖含水層呈不整合接觸，蓋層含水層中的水易直接潰入采礦坑道，對(duì)坑道產(chǎn)生充水危害。根據(jù)礦區(qū)鉆孔揭露情況，可知礦層均較完整，為防止地下水直接潰入坑道，開(kāi)采時(shí)上部礦體均應(yīng)留設(shè)一定厚度的防水保安礦柱，特別是在F3斷層附近，即南北礦帶的12#線附近應(yīng)加大預(yù)留防水保安礦柱的厚度，以防蓋層地下水直接潰入坑道。礦床內(nèi)分布有2條斷層，含水微弱，圍巖含水性極弱，斷層延伸規(guī)模較小，均未溝通地表水體，因此礦區(qū)構(gòu)造對(duì)礦床開(kāi)采不會(huì)直接造成水害威脅。為確保該礦安全開(kāi)采，本研究結(jié)合礦床涌水量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析，并對(duì)相應(yīng)的水害防治措施進(jìn)行探討。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2016年全年以及2017年1—4月礦井涌水量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(表1、表2)表明，礦井涌水量主要由主井、副井、進(jìn)風(fēng)井、西出風(fēng)井、東出風(fēng)井、斜坡道、-60 m水平、-130 m 水平、-430 m水平的涌水構(gòu)成，礦井總涌水量為407.7～517.2 m3/h，平均為464.2 m3/h，2017年1—4月礦井涌水量穩(wěn)定于508.9 m3/h左右。

表1 2016年會(huì)寶嶺鐵礦礦井涌水量實(shí)測(cè)結(jié)果

m3/h

觀測(cè)時(shí)間-60m水倉(cāng)-60m水平斜坡道-601m水倉(cāng)主井副井-480m水平-535m水平-601m水平-430m水倉(cāng)-340m總水平西出風(fēng)井-340m水平01-0343.48.710.528.63.22.52.59.589.701-1243.78.610.628.53.12.62.89.689.901-2344.28.710.328.23.32.72.19.691.202-0444.78.710.528.63.22.72.19.591.602-1344.98.610.628.43.22.62.89.492.502-2245.18.510.328.63.22.52.59.692.803-0345.48.910.328.93.42.62.89.593.503-1245.98.610.629.13.32.72.19.594.103-2346.68.710.529.33.32.82.49.694.304-0347.18.610.629.53.22.72.19.694.804-1347.68.710.629.43.12.62.89.595.204-2348.28.510.529.63.22.72.19.595.305-0248.78.610.330.03.32.62.89.495.605-1249.38.710.529.73.12.72.19.595.805-2349.98.510.629.53.22.82.49.596.006-0350.58.610.519.33.42.72.19.696.406-1350.98.610.629.83.42.62.89.696.906-2351.38.610.229.63.52.82.49.497.007-0351.68.710.529.53.22.72.19.690.207-125.228.610.529.73.22.62.89.490.507-2352.58.710.529.43.22.72.19.490.608-0452.98.710.629.33.12.72.19.490.808-1353.48.610.629.43.32.62.89.591.108-2255.98.510.329.23.52.82.49.590.609-0357.38.910.628.93.52.72.19.589.509-1259.18.610.628.93.42.62.89.688.909-2362.38.710.528.83.32.62.89.588.610-0365.48.610.228.93.32.82.49.588.810-1370.58.710.528.73.52.72.19.688.510-2372.48.510.528.73.62.62.89.687.611-0282.38.610.528.83.52.72.39.587.811-1287.88.710.528.83.52.62.49.687.311-2391.48.510.428.93.42.62.89.588.612-0395.78.610.428.73.52.62.89.589.612-1397.68.610.528.83.52.62.99.490.212-2399.08.610.428.73.42.62.89.590.4

續(xù)表

表2 2017年1—4月會(huì)寶嶺鐵礦礦井涌水實(shí)測(cè)結(jié)果 m3/h

續(xù)表

副井井筒施工-624.6～-659.3 m標(biāo)高段，圍巖較破碎，在井底(標(biāo)高為-622 m)進(jìn)行鑿巖作業(yè)時(shí)，有3個(gè)鉆孔出水，實(shí)測(cè)井筒涌水量為102 m3/h。經(jīng)研究，在現(xiàn)場(chǎng)首先將涌水強(qiáng)排至底，測(cè)量出的工作面涌水量約20 m3/h。2012年1月14日，東出風(fēng)井井筒掘進(jìn)至井深75.7 m(絕對(duì)標(biāo)高-15.4 m)處，井筒涌水量增大至256.6 m3/h，后經(jīng)井筒壁后注漿，根據(jù)4個(gè)0°檢查孔和1個(gè)中心檢查孔的單孔涌水量(1.2 m3/h)，預(yù)測(cè)注漿段掘進(jìn)期間的漏水量應(yīng)小于15 m3/h(不含上部井壁出水)。礦井正常涌水量為492.8 m3/h，最大涌水量為630.8 m3/h，井下最大突水量為256.6 m3/h，礦井水文地質(zhì)條件類(lèi)型為中等型。

2 礦井防治水措施

(1)提升礦井排水能力。本研究根據(jù)礦井正常涌水量492.8 m3/h和最大涌水量630.8 m3/h來(lái)計(jì)算礦井排水能力。目前，礦井安裝有4臺(tái)MD450-60×10型水泵，水泵額定排水能力為450 m3/h。礦井正常涌水時(shí)，24 h的涌水量為11 827.2 m3；礦井最大涌水時(shí)，24 h的涌水量為15 139.2 m3。1臺(tái)水泵工作20 h排出的水量為9 000 m3，可見(jiàn)需要2臺(tái)水泵同時(shí)工作方可滿足井下不同時(shí)期的排水要求。若礦井涌水量持續(xù)增加，進(jìn)一步增加水泵數(shù)量，能夠有效排除礦井涌水。

(2)設(shè)置截水槽排放分流水量。井筒施工至-612 m 水平時(shí)出水，實(shí)測(cè)井筒總涌水量為57.9 m3/h，鑿井作業(yè)困難，作業(yè)循環(huán)時(shí)間為正常施工時(shí)的2倍。在副井-601.7 m馬頭門(mén)以上井壁設(shè)置了2道截水槽，通過(guò)-601 m水平粉礦回收巷道由主井側(cè)排放20 m3/h分流水量，副井井筒得以強(qiáng)行穿過(guò)本段弱含水層。

(3)強(qiáng)排水并注漿。副井井筒施工至-624.6～-659.3 m標(biāo)高段，圍巖較破碎，為黑云變粒巖，巖石堅(jiān)硬，性脆，有花崗巖脈和石英團(tuán)塊侵入，巖體破碎，易掉塊，地質(zhì)條件差。2016年8月20日夜班，在井底(標(biāo)高為-622 m)進(jìn)行鑿巖作業(yè)時(shí)，有3個(gè)鉆孔出水，且水壓大，水泵排水效果不佳，導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)施工，經(jīng)實(shí)測(cè)井筒涌水量為102 m3/h(不包括分流水量20 m3/h)。為防止涌水淹井，采取了強(qiáng)排水應(yīng)急救援方案，安裝了1臺(tái)排水能力為50 m3/h 的臥泵，使用2臺(tái)臥泵進(jìn)行排水，同時(shí)對(duì)-601.7 m 馬頭門(mén)往下至標(biāo)高-620 m區(qū)段進(jìn)行了井壁壁后注漿，實(shí)現(xiàn)了對(duì)涌水的有效控制。

(4)工作面預(yù)注漿和壁后注漿。東出風(fēng)井井筒施工至標(biāo)高13.5 m時(shí)，從井壁西側(cè)出水，通道為裂隙，寬0.2 m，長(zhǎng)1 m，實(shí)測(cè)涌水量為80 m3/h。經(jīng)分析，確定采取打疏干井和井筒工作面預(yù)注漿的治水方案[5-7]。在西側(cè)距井筒中心8 m處施工完成兩眼降水井，降水井井深55 m，下入鋼管安裝潛水泵實(shí)施疏干降水，但效果不明顯，未達(dá)到原定目標(biāo)?？紤]到井下水路難以預(yù)測(cè)，為避免延誤井筒施工工期，采取了工作面預(yù)注漿和壁后注漿的治水方案[8-10]，方案實(shí)施后經(jīng)檢查孔檢測(cè)，井筒出水量小于10 m3/h，基本達(dá)到預(yù)定的治水目標(biāo)。

3 建 議

(1)進(jìn)行水文補(bǔ)充勘探。礦區(qū)雖然在勘探階段和建井初期階段開(kāi)展了一定的水文地質(zhì)工作，取得了豐富的礦井開(kāi)拓期的水文地質(zhì)資料，但仍無(wú)法滿足確保礦井安全開(kāi)采的要求?，F(xiàn)階段，仍然無(wú)法有效掌握礦井主要充水含水層的分布特征、巖溶裂隙發(fā)育情況、富水性情況以及斷層導(dǎo)水性特征。因此，有必要進(jìn)一步加強(qiáng)補(bǔ)充勘探工作，為礦井涌水防治提供可靠依據(jù)。

(2)構(gòu)建礦井水文觀測(cè)系統(tǒng)。目前，礦井已經(jīng)進(jìn)行了一定工程量的建設(shè)，但尚未建立礦井水文地質(zhì)觀測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)持續(xù)、穩(wěn)定的水文地質(zhì)觀測(cè)是亟需開(kāi)展的工作。

(3)加強(qiáng)井下巷道掘進(jìn)超前探放水工作。目前礦井處于建井階段，以巷道掘進(jìn)為主體工程，在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，遇到斷層時(shí)，應(yīng)及時(shí)開(kāi)展超前探放水工作，可采用三維高密度電法進(jìn)行超前物探工作，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行鉆探驗(yàn)證工作。

(4)開(kāi)展水文地質(zhì)專題研究工作。礦區(qū)水文地質(zhì)條件受控于地質(zhì)條件，及時(shí)開(kāi)展針對(duì)性的水文地質(zhì)專題研究工作(如礦井構(gòu)造分布特征及其對(duì)礦井水文條件的影響、含水層分布特征及其富水規(guī)律等)，為制定有效的礦井涌水防治措施提供有益參考。

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