探礦探水相結(jié)合，安全經(jīng)濟助推生產(chǎn)效率提高

張立　蘭中平

【摘 要】 徐樓鐵礦是一座水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜的巖溶大水礦山，巷道掘進和采礦前必須堅持超前探水注漿。在探水的同時與探礦緊密結(jié)合，做到一孔多用，既探礦又探水，節(jié)約了時間，提高了效率，降低了采礦成本，是一種切實可行的好辦法。本文結(jié)合徐樓鐵礦二期工程采掘?qū)嶋H經(jīng)驗，給大家提供一種井下巖溶水防治新理念。

【關(guān)鍵詞】 巖溶；探礦；探水；提高效率

【Abstract】 Xulou Iron Mine is a karst large-scale water mine with extremely complicated hydrogeological conditions. Prior to roadway excavation and mining， it must adhere to advanced water grouting. In the exploration of water， it is closely integrated with prospecting， so that it can be used in multiple ways. It not only explores the minerals but also detects the water， saves time， increases the efficiency， and reduces the mining cost. It is a practical and feasible method. This article combines the practical experience of excavation in the second phase of the Xulu Iron Mine to provide a new concept for the prevention and control of underground karst water.

【Key words】 Karst；Prospecting；Water exploration；Increasing efficiency

1. 礦山概況

徐樓鐵礦位于安徽省淮北市第二水源地，為一接觸交代型矽卡巖磁鐵礦床，該礦巖溶裂隙發(fā)育，含水豐富，水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜。礦體埋深48～385m，為一地下礦山，采用豎井側(cè)翼式開拓，上向水平分層膠結(jié)和嗣后充填分段空場法聯(lián)合開采方法。徐樓鐵礦包括石樓礦床、雙莊礦床和史小樓礦床，地質(zhì)儲量為2997萬噸，礦石平均品位47.51%。一期工程設(shè)計開采石樓礦床一礦帶，儲量539.4萬噸，年設(shè)計生產(chǎn)能力為40萬噸，通過在井下超前探水和近礦體帷幕注漿，堵水效果良好，堵水率達到94%，目前正在生產(chǎn)。二期工程設(shè)計開采石樓礦區(qū)二、三礦帶及雙莊礦床，地質(zhì)資源量為1672.6萬噸，年設(shè)計生產(chǎn)能力95萬噸，現(xiàn)在正在基建。

2. 礦床水文地質(zhì)

2.1 含水層（隔水層）特征。

徐樓礦區(qū)包括兩個含水層，第四系孔隙含水巖組和大理巖巖溶裂隙含水組[1]。

2.1.1 第四系孔隙含水巖組。

礦區(qū)內(nèi)皆為第四系松散沉積物所覆蓋，其厚度及第四系結(jié)構(gòu)各礦床皆有所差異。史小樓礦床第四系特點是砂層厚、分布普遍、顆粒粗。由石樓、雙莊至史小樓，不僅砂層變厚，分布廣，且?guī)r性多為細、中砂及砂礫石層，下部局部砂層已膠結(jié)成砂巖。砂層累計厚度為10～42m不等，有中間薄，兩邊厚之趨勢。第四系沉積物中粉砂、細、中砂為主要含水層。該含水組涌水量大小取決于砂層的厚度及顆粒大小。石樓礦床西北部與史小樓礦床砂層厚度大，含水較為豐富，單位涌水量（q）為0.23～0.60l/s·m，滲透系數(shù)（K）為0.76～4.10m/d，水質(zhì)類型屬HCO3-SO4-Na-Mg型，礦化度<1g/l，PH值7.8左右，總硬度<15德國度。承壓水位埋深僅1m多，為承壓孔隙水。

2.1.2 大理巖巖溶裂隙含水組。

本礦區(qū)大理巖分布普遍，為礦體之圍巖。該含水組巖性除大理巖外，尚有白云質(zhì)大理巖、泥灰?guī)r及灰?guī)r等。大理巖體在雙莊和石樓礦床分別被一、二個厚度較為穩(wěn)定的閃長巖床所隔開，石樓礦床分為三組大理巖體，將石樓礦床分為三個礦帶；雙莊礦床分為兩組大理巖體，而史小樓礦床僅有-組大理巖體（局部地段被薄層閃長巖脈隔開）。每組大理巖體相應(yīng)成為一個礦帶。具體包括（1）石樓礦床一礦帶含水巖組（2）石樓二礦帶含水巖組（3）石樓三礦帶含水巖組（4）北雙莊礦床含水巖組（5）南雙莊礦床含水巖組（6）史小樓礦床東西部含水巖組（7）史小樓礦床北部含水巖組。見表1。

2.2 隔水層。

（1）第四系粘土隔水層：分布較為普遍，結(jié)構(gòu)致密，隔絕第四系砂層水與下部大理巖水的水力聯(lián)系。石樓、雙莊礦床第四系中、下部幾乎全為粘土層，厚度多在20～40m不等。

（2）閃長巖隔水層：分布在石樓及雙莊礦床各含礦帶之間。石樓礦床一、二礦帶之間為一厚度達100m閃長巖床所隔開，二、三礦帶之間為40m閃長巖床隔開。雙莊礦床兩礦帶之間的閃長巖床厚度則不大穩(wěn)定。閃長巖巖心均較完整，裂隙不甚發(fā)育，僅見少量平直的閉合裂隙，被方解石細脈所充填，鉆進中亦未發(fā)現(xiàn)涌水或漏水現(xiàn)象，可視為相對隔水層。

2.3 各含水組間的水力聯(lián)系。

第四系含水組與下部大理巖含水組間，因有第四系底部分布較穩(wěn)定的粘土層所隔絕，使二者水力聯(lián)系微弱。僅史小樓礦床局部地段，第四系底部砂層直接覆蓋于大理巖之上，使二者發(fā)生水力聯(lián)系。各含礦帶內(nèi)的大理巖含水組，因被較為穩(wěn)定的閃長巖隔水層所隔絕，不具水力聯(lián)系。

2.4 礦坑涌水量巨大給井下生產(chǎn)帶來嚴重影響。

2.4.1 1973年安徽省地質(zhì)局325地質(zhì)隊提交的地質(zhì)報告對礦坑涌水量進行了預(yù)測。

（1）石樓礦床一礦帶-80m水平礦坑涌水量為37529m3/d。

（2）二礦帶-230m水平礦坑涌水量為19903m3/d。

（3）三礦帶-350m水平礦坑涌水量為22865m3/d。

（4）雙莊礦床南部-225m水平礦坑涌水量為7526m3/d。

（5）雙莊礦床北部-190m水平礦坑涌水量為61382m3/d。

2.4.2 目前開拓的井巷工程處于石樓二、三礦帶大理巖巖溶裂隙含水組內(nèi)，雖然與其他含水巖組沒有水利聯(lián)系，但礦區(qū)東部灰?guī)r露頭區(qū)接受大氣降雨的直接補給，巖溶裂隙、溶洞較發(fā)育，逕流條件良好，含水豐富，礦坑涌水量大；特別是在礦體與圍巖接觸帶附近是礦床地下水主要逕流通道，加上其穩(wěn)固性差，遇水膨脹和軟化的特點，頂板極易產(chǎn)生塌落冒頂；同時目前二期工程處于基建階段，排水設(shè)施不完備，只有臨時排水泵房和水倉。混合井水泵排水能力達240m3/h，臨時水倉容積400m3；風(fēng)井水泵排水能力達400m3/h，臨時水倉容積1100m3。礦坑涌水量巨大，給礦山開采帶來嚴重的安全隱患。

3. 探礦探水緊密結(jié)合，安全經(jīng)濟助推生產(chǎn)效率提高

（1）石樓礦床二三礦帶、雙莊礦床勘探網(wǎng)度不夠，需要在生產(chǎn)階段進一步探礦?？碧骄€間距50～100米，孔間距50～100米，孔深200～350米，局部深孔達到550米。按照鐵、錳、鉻勘察規(guī)范，該礦屬于第三勘探類型，探明網(wǎng)度必須達到50*50米，采礦設(shè)計網(wǎng)度必須達到25*25米，因此需要在井下中段穿脈巷道內(nèi)探礦。由于井下打孔受條件限制，只能在穿脈巷道內(nèi)每隔50米布置一個探礦硐室，向上向下布置一些鉆孔。這些鉆孔施工前裝上閘閥，鉆進出水后立即注漿，在探明礦體形態(tài)同時也對井下巖溶裂隙水進行了封堵。見圖1、圖2。

（2）<<注漿技術(shù)規(guī)程>>規(guī)定，大理巖（灰?guī)r）裂隙含水層中，漿液有效擴散半徑一般取6～15米，根據(jù)徐樓鐵礦石樓礦床一礦帶及國內(nèi)礦山的實際經(jīng)驗，擴散半徑為10米左右，因此本次設(shè)計漿液有效擴散半徑為10米[2]。本次探礦設(shè)計在-230水平穿脈內(nèi)向上布置探礦孔5個，孔深60米，一個垂直孔，另外四個斜孔，傾角60度，方向為東西南北方向各一個，由于生產(chǎn)銜接緊張向下暫時布置一個垂直孔，以后再陸續(xù)布置其他方向探礦孔。其次在礦體頂?shù)装逑锏溃ㄈ?230水平、-180水平中段沿脈、穿脈）掘進前采用潛孔鉆進行超前深孔探水注漿，探水孔為5個，探水深度60米，見圖3。這樣探礦探水結(jié)合后，礦體基本探明了，井下巖溶裂隙水基本被堵住了。

4. 防治水效果檢驗

4.1 后期鉆孔檢查。

探礦探水相結(jié)合，目前已取得顯著效果，大巖溶裂隙已被封堵，大水已被基本治理。前期在石樓礦床二三礦帶7、8、9采區(qū)施工探礦孔40個、孔深50～60米；超前探水鉆孔150個，孔深60米。鉆孔涌水量一般為50～100m3/h，少部分鉆孔涌水量達200～300m3/h，部分鉆孔涌水量小于50m3/h，個別鉆孔見漏水或滲水，很少見到?jīng)]有水的鉆孔。后期在-217、-205、-192水平布置帷幕檢測孔70個，孔深50米，結(jié)果大部分無水，少部分滴水或出水0.2～1m3/h。

4.2 巷道掘進施工檢查。

（1）從井下現(xiàn)場來看，實施探礦、探水工程之前，井下到處出現(xiàn)涌水、漏水或滲水現(xiàn)象，而現(xiàn)在井下很少見到滲水、淋水現(xiàn)象，同時，從井下揭露巷道可看到，大部分的導(dǎo)水裂隙中都可見到水泥結(jié)石，部分檢查孔也取到了水泥結(jié)石。充分說明該礦帶的帷幕注漿隔水層封堵了大理巖含水層絕大部分的導(dǎo)水裂隙，導(dǎo)致礦坑涌水量大幅度減少?，F(xiàn)在二期礦坑涌水量約為3000m3/d左右，井下帷幕注漿工程的堵水率達90%以上。并確保了礦山基建及以后開采安全。

（2）對導(dǎo)通地面的封孔不良老鉆孔，已基本被封堵。巷道揭露A174、A176、A178、A194、A192、A191孔已無水，孔內(nèi)見水泥結(jié)石。說明注漿封死了老鉆孔。

5. 一孔多用產(chǎn)生的效益

以石樓礦床二三礦帶7、8、9采區(qū)為例，經(jīng)過探礦、探水注漿后，該區(qū)域-230至-180水平段巖溶水基本被封堵了。在開掘中間分段巷道如-217、-205、-192水平沿脈、穿脈、出礦巷、鑿巖巷等時，沒有再進行深孔探水，生產(chǎn)效率提高一倍以上。原來每月掘進40米，現(xiàn)在可以達到100米。每一分段少打超前探水孔90個，減少進尺5400米，按鉆探單價400元/米計算，節(jié)約鉆探費648萬。同時探清了礦體厚度、產(chǎn)狀、上下盤巖石工程性質(zhì)，二次圈定礦塊儲量，給采礦設(shè)計提供一份準確資料。

參考文獻

[1] 安徽省濉溪鐵礦徐樓礦區(qū)水文補充工作報告[R]2867.安徽省地質(zhì)局325隊.1973.11.

[2] 辛小毛、曾先貴、王 亮等.徐樓鐵礦井下近礦體帷幕注漿實施方案[R].長沙礦山研究院.2008.12.9.

[文章編號] 1619-2737（2018）01-18-630

[作者簡介] 張立（1975.1-），男，漢族，籍貫：山東單縣人，學(xué)歷：本科，職稱：安全工程師，2011年3月畢業(yè)于山東科技大學(xué)安全工程專業(yè)，從事礦山技術(shù)、安全工作多年，實踐經(jīng)驗豐富。