霍邱縣草樓鐵礦礦床水文地質(zhì)類型評價

廖海萍，孫協(xié)龍

（安徽金聯(lián)地礦科技有限公司，安徽 合肥 230009）

霍邱縣草樓鐵礦（以下簡稱“草樓鐵礦”）礦山已開采多年，通過對礦床水文地質(zhì)條件調(diào)查，結(jié)合各個階段獲取的水文地質(zhì)資料及目前礦山開采所采用的水害防治手段和成果等，對“草樓鐵礦”的礦床水文地質(zhì)類型進行調(diào)查評價，進而加強礦床水文地質(zhì)的基礎(chǔ)工作，有針對性的開展水害預(yù)測預(yù)報，采取有效的防治水手段或技術(shù)措施，確保礦山安全生產(chǎn)。同時為類似條件的周邊礦山開展水害預(yù)測、采取防治水措施提供參考[1]。

1 礦床概述

“草樓鐵礦”位于安徽省霍邱縣的范橋鎮(zhèn)境內(nèi)。該礦于2004年7月主井副井開工建設(shè)，2009年技改后，自2010年開始，礦山300萬t/年采選工程已全面投入使用，達到穩(wěn)產(chǎn)。

本區(qū)地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)，淮河地層分區(qū)。變質(zhì)地質(zhì)單元屬華北太古～古元古變質(zhì)地區(qū)，晉冀魯豫晚太古變質(zhì)地帶，登封～霍邱區(qū)。賦礦層為新太古界霍邱群吳集組，屬華北克拉通早前寒武紀地殼演化的產(chǎn)物，屬嵩箕古陸南緣東西坳陷帶中的南北向海槽條帶狀硅鐵建造[2]。

2 調(diào)查評價方法

2.1 收集資料

全面收集和研究了區(qū)內(nèi)已有的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、礦井地質(zhì)、礦區(qū)巖土勘察報告、地質(zhì)鉆孔、剖面以及礦產(chǎn)資源開采設(shè)計方案等相關(guān)資料。

2.2 野外調(diào)查

野外調(diào)查工作開展前，項目組集中研究了礦山水文地質(zhì)條件，統(tǒng)一了調(diào)查方法、調(diào)查內(nèi)容和技術(shù)要求，并以1：2000地形地質(zhì)圖做底圖，進行現(xiàn)場調(diào)查勾畫。調(diào)查時，對礦井地面豎井分布、排水口位置等情況作了現(xiàn)場調(diào)查；同時到井下對開采面出水情況、水倉和排水設(shè)備運行情況等進行了詳細調(diào)查及取樣、測試。

2.3 綜合研究

在充分收集已有的資料及野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，對各項資料進行綜合整理、分析研究，對礦井水文地質(zhì)類型進行綜合劃分，提出有效防治水措施和建議。

3 礦山開采充水性與防治水工作

因礦山的建設(shè)和開發(fā)活動，干擾了地下水圈的自然運動規(guī)律，因此水文條件評價須緊密結(jié)合采礦活動。在評價過程中，首先考慮客觀存在的水文地質(zhì)條件，同時結(jié)合礦山防治水工作進行水文地質(zhì)條件研究[3]。

3.1 礦山開采充水性分析

3.1.1 礦井充水源和充水通道分析

（1）礦井歷年涌水量。

草樓鐵礦的礦井水由采空區(qū)充填的尾砂固結(jié)所排的水、生產(chǎn)用水和基巖裂隙含水層水組成，根據(jù)長期觀測結(jié)果，尾砂固結(jié)所排的水量約占礦井總涌水量的87.5%。本次據(jù)-290m、-410m水倉排水情況巷道調(diào)查，各年份、月份礦坑排水量統(tǒng)計資料表明，礦山近三年平均涌水量約1400m3/d，夏季較冬季略有增大，總體涌水量較為平穩(wěn)，最大涌水量約1678m3/d。預(yù)測未來開采過程中排水量不會有大的變化，隨著采空區(qū)充填量增加，固結(jié)排水有一定增加。

（2）充水通道。

①斷裂。礦區(qū)斷裂構(gòu)造不發(fā)育。礦床內(nèi)主要斷層只有一條，為北西向，傾向北東，傾角變化較大。該斷層形成期很早，斷層帶膠結(jié)、充填較好。斷層的導(dǎo)水作用一般。

②風化裂隙帶。巖石風化程度受巖性等因素影響，隨深度增加而減弱，在上部強風化帶中大部分硅酸鹽礦物已全部變?yōu)榇紊V物，原巖褪色，巖芯一般呈土狀、塊狀。弱風化帶中風化裂隙發(fā)育，構(gòu)造裂隙因風化作用而擴張，礦物不同程度地風化蝕變。此層巖石含有較弱的裂隙水，導(dǎo)水作用一般。

③基巖裂隙帶。礦床內(nèi)無大的的地表水體，第四系上部普遍見很厚（77.74m～100.50m，平均厚度為84.61m）粉質(zhì)亞粘土，透水性差，故地表水和地下水之間水力聯(lián)系微弱。礦山采礦方法為嗣后充填的分段礦房法，頂板不崩落。在距離第四系底部砂層較近的地段留設(shè)有50m的保護礦柱，礦坑直接充水因素為基巖裂隙帶。由于相鄰礦床及本礦床開采排水，基巖基本處于疏干狀況。井巷工程揭露基巖裂隙含水層時，局部會出現(xiàn)滴淋水現(xiàn)象，水量較?。ㄍǔＰ∮?m3/h），且很快疏干，表明基巖裂隙含水層是以消耗型靜儲量為主?；鶐r裂隙導(dǎo)水作用一般。

④封閉不良鉆孔。礦山無需要封閉的不良鉆孔。

3.1.2 礦井及周邊老空區(qū)分布及積水狀況

經(jīng)調(diào)查，礦井周邊無老空水。礦山現(xiàn)已充填90余個采空礦房（采用全尾砂膠結(jié)充填），充填率85%以上。采空區(qū)尾砂膠結(jié)充填后產(chǎn)生的固結(jié)排水隨充填量的增加而增大，進而使礦井的總涌水量增加。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，固結(jié)排水沿排水溝排至水倉，排水溝中水量很少。巷道、未充填采空區(qū)基本無積水[4]。

3.1.3 采礦方式對礦井充水的影響

本鐵礦埋藏于當?shù)厍治g基準面及地下水位之下，第四系上部普遍見很厚粉質(zhì)亞粘土，透水性差。根據(jù)礦山初步設(shè)計，采礦方法為嗣后充填的分段礦房法，頂板不崩落。礦床頂板第四系以下預(yù)留50m防水礦柱（設(shè)計不予開采）。由于第四系粘性土及保護礦柱的阻隔，砂層中的地下水不能進入礦坑，礦山開采對礦井充水影響不大。

3.2 防治水技術(shù)手段與工程設(shè)施及實施效果狀況

3.2.1 防治水技術(shù)手段

礦山防治水害技術(shù)一般分地表水防治技術(shù)和井下水防治技術(shù)。地表水防治技術(shù)方法一般有：河渠防滲、明溝排水、截洪導(dǎo)流及建閘設(shè)站等；井下水防治技術(shù)方法主要包括：井下探放水、注漿堵水、留設(shè)防水礦（巖）柱、突水預(yù)測預(yù)警以及井下設(shè)施（水倉、泵站、管道系統(tǒng)）防水等。

“草樓鐵礦”采用的防治水措施有：

（1）地表水防治。區(qū)內(nèi)分布有水塘、溝渠等地表水體，礦區(qū)實施的技術(shù)手段主要有明溝排水、截洪導(dǎo)流等措施。

（2）井下防治水。本礦采取的防治水技術(shù)手段主要是井下防治水技術(shù)，已實施的技術(shù)手段包括：留設(shè)足夠高度的防水礦柱（礦床頂板第四系以下預(yù)留50m防水礦柱），設(shè)施排水（設(shè)置水倉、泵站、排水管道系統(tǒng)），超前探水等[5]。

（3）在各中段石門處設(shè)置防水門。

3.2.2 工程設(shè)施及實施效果

煙苗剪葉器的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其主要由電機、殼體、切刀、集葉網(wǎng)袋和消毒容器等零部件組成。電機為40W的單向交流電機，啟動后帶動切刀旋轉(zhuǎn)，切削煙苗；殼體上設(shè)有“U”型把手，用于手持操作；殼體內(nèi)腔設(shè)置兩片形狀為“L”形的切刀，安裝在電機軸上，高速旋轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用而產(chǎn)生吸力，將剪切掉的煙苗碎葉吸入殼體內(nèi)送入集葉網(wǎng)袋；消毒容器安裝在殼體上，打開其上開關(guān)，容器內(nèi)消毒液即滴入高速旋轉(zhuǎn)的切刀上，形成霧狀，對切刀進行全覆蓋消毒；集葉網(wǎng)袋套在剪葉器的出風口上，用于收集作業(yè)時產(chǎn)生的碎葉。

“草樓鐵礦”防治水工程設(shè)施主要有：防水礦柱、水倉、泵站、排水管道以及地面出水口水池等。礦井建有二級排水系統(tǒng)，在-290m、-410m水平處各設(shè)一個井底水泵房和二個水倉，排水現(xiàn)狀：-290m、-410m各中段每天開泵4小時（每臺泵2h，二臺泵共4h），礦井排水能力富足有余。

綜上所述，本礦排水設(shè)施完備，水倉容積、水泵能力、回路供電等的設(shè)計標準，符合相關(guān)規(guī)定。排水設(shè)備系統(tǒng)維護保養(yǎng)好，排水能力滿足礦井排水需要。礦山防治水工作較為簡單，易于進行。

4 礦床水文地質(zhì)類型評價

按照“受采掘破壞或影響的含水層（組）及水體”、“礦井及周邊老空水分布狀況”、“礦井涌水量”、“突水量”等要求，對礦井水文地質(zhì)類型進行綜合劃分。

4.1 受采掘破壞或影響的含水層及水體

根據(jù)初步設(shè)計，采礦方法為嗣后充填的分段礦房法，頂板不崩落，礦床頂板第四系以下預(yù)留50m防水礦柱（設(shè)計不予開采）。由于第四系粘性土及保護礦柱的阻隔，砂層中的地下水不能進入礦坑，因此，礦山開采對第四系含水層（組）影響不大。

4.2 礦井及周邊老空水分布情況

礦井周邊無老空水。礦山現(xiàn)已充填90余個采空礦房，充填率85%以上，其它未充填采空區(qū)基本無積水。

4.3 礦井涌水量

據(jù)-290m、-410m水倉排水情況巷道調(diào)查統(tǒng)計，礦山近年正常涌水量Q=58.3m3/h，最大涌水量Q=70m3/h，均＜180m3/h。

4.4 礦井突水量

礦井歷年來未發(fā)生突水事故。

4.5 開采受水害影響程度

4.6 防治水工作難易程度

礦山防治水工作較為簡單。

5 評價結(jié)果

經(jīng)對礦區(qū)水文地質(zhì)條件、礦井歷年涌水量情況的調(diào)查及分析，結(jié)合礦山包括排水系統(tǒng)在內(nèi)的生產(chǎn)系統(tǒng)運行情況，可以得到以下認識：①本礦床為隱伏礦床，礦體處在當?shù)刈畹颓治g基準面和地下水水位以下。②本礦床屬于裂隙水充水礦床，吳集組中深變質(zhì)巖為直接充水含水層，含水介質(zhì)為片麻巖、片巖、混合巖夾大理巖等，裂隙總體不發(fā)育，富水性弱；間接充水含水層有古風化帶裂隙含水層，含風化裂隙水，其富水性較弱。③礦區(qū)第四系孔隙水分布廣泛，但該層下部為含礫黏土和泥礫層，是霍邱地區(qū)的區(qū)域性隔水層，也是本礦床的重要隔水層位。④據(jù)礦坑排水量統(tǒng)計，礦床實際平均日排水量在665m3/d～1362m3/d之間；夏季稍大，冬季略小。最大月均日排水量1678m3/d；從歷年平均日排水量曲線看，水量動態(tài)變化總體平穩(wěn)。⑤礦山排水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，設(shè)施完善，運行正常；礦山高度重視防治水工作，超前探水等防水措施執(zhí)行嚴格。

綜上所述，根據(jù)現(xiàn)有資料分析和礦山實際排水情況，“草樓鐵礦”現(xiàn)階段礦床水文地質(zhì)類型可判為簡單。

6 防治水措施及建議

6.1 防治水措施

本礦排水設(shè)施完備，水倉容積、水泵能力、回路供電等的設(shè)計標準，符合相關(guān)規(guī)定。基于排水設(shè)備系統(tǒng)維護保養(yǎng)好，現(xiàn)狀排水能力滿足礦井排水需要，今后深部開采，須保持現(xiàn)有排水設(shè)施及排水系統(tǒng)，備用水泵不能拆除。礦山開采要嚴格按開采設(shè)計進行回采，嚴格控制回采上限，留設(shè)足夠的防水礦柱，并確保階段深孔采礦嗣后全尾砂充填質(zhì)量。

繼續(xù)做好第四紀地下水、基巖水、疏干排水記錄，在構(gòu)造裂隙發(fā)育段要做好超前探水工作。

6.2 建議

（1）建議每年5月底以前對水泵、水管、閘門、排水用的配電設(shè)備和輸電線路進行全面檢查和維護，保持可靠運行。清挖水倉，并對全部工作水泵和備用水泵進行一次聯(lián)合排水實驗。

（2）做好掘進巷道的水害預(yù)測預(yù)報。對于富水性不明確的區(qū)段，堅持施工過程中的探放水，采取邊探邊掘的方式作業(yè)。

（3）開采過程中，在礦井邊界附近進行采掘活動時及時與相關(guān)礦溝通，達到資料共享，隨時掌握與相鄰礦井采掘關(guān)系的進展情況。

（4）完善礦山應(yīng)急救援預(yù)案措施，建立相應(yīng)的水文地質(zhì)臺賬及防治水管理制度。

7 結(jié)論

經(jīng)過對霍邱縣草樓鐵礦礦床水文地質(zhì)類型評價，為礦山今后開展水害預(yù)測預(yù)報、采取有效的防治水措施提供指導(dǎo)。在具體工作中，依據(jù)實際，結(jié)合防治水措施，提高防治效率，確保礦山安全生產(chǎn)。同時為類似條件的周邊礦山開展水害預(yù)測、采取防治水措施提供參考[6]。