關于馬坑鐵礦礦床疏干的探討

李迎春，楊 森

(1.安徽金聯地礦科技有限公司，安徽合肥230000;2.河南省有色金屬地質礦產局第五地質大隊，河南鄭州450016)

馬坑鐵礦位于龍巖市東南120°方向，平距13 km之馬坑村東南山上。礦區降雨量豐富，多年平均年降雨量為1693 mm(最大年降雨量2496 mm、最小1189 mm)。每年3～8月為雨季，約占全年降雨量的75%左右，雨量比較集中且強度大，是本區地下水的主要補給來源。

馬坑鐵礦屬水文地質條件中等—復雜的半隱伏巖溶水文地質類型礦床。主礦體賦存于中石炭統經畬組(C2j)地層中。以厚度巨大、地下巖溶發育、含水性強的船山組～棲霞組(C3c～P1q)碳酸鹽類巖石為其頂板，巖溶裂隙充水為主。礦區四周均為斷層切割，外側為富水較差的裂隙巖層，側向補給不大，構成自然的隔水邊界。這些條件決定了馬坑礦區可以通過疏干工程降低水位，對深部鐵礦進行開采。

由于二期開采工程規劃開拓的+300m高程水平巷道和+200m高程水平巷道大部在灰巖中掘進，為了減少挖掘巷道過程中突水、涌水等事故的發生，必須查明礦區的地下水運移、動態變化規律，為礦區地下水疏干做好基礎工作準備。主要有以下兩方面的意義:①在巷道挖掘工程中必須在探水、堵水條件下向前開拓，地下水的疏干可以加快工程的進度。②地下水疏干可為礦山全面開發創造更有利的條件。

1 礦區巖層含水性特征

礦區范圍內地層分布自南東向北西(單斜構造)依次為林地組、經畬組、船山組、棲霞組、文筆山組與加福組，巖性及含水性描述如下:

1.1 加福組(P1j)

第一段:以灰黑色中厚層狀泥巖和砂質泥巖為主，夾少量細砂巖和粉砂巖，該段下部含煤層、煤線5層以上。第二段:以灰—深灰色中厚層狀粉砂巖、砂質泥巖和黑色塊狀泥巖為主的不含煤段。該段下部和上部以粉砂巖和砂質泥巖為主，夾薄層細砂巖。巖石結構致密，呈塊狀，節理裂隙不發育，泉水少見。富水性極微弱，屬相對隔水層。

1.2 文筆山組(P1w)

下段以黑色塊狀泥巖為主，上部漸變為灰黑色中厚層狀砂質泥巖，底部時夾1～3層透鏡狀鈣質粉砂巖，局部見流紋質凝灰質泥巖和霏細巖。底部常具角巖化和矽卡巖化，局部磁鐵礦化。上段以灰黑色中厚層狀砂質泥巖為主，下部時相變為細砂巖或粉砂巖。為一套透水性微弱的隔水層。

1.3 棲霞組(P1q)

頂部為硅質巖、硅質灰巖，上部以燧石灰巖為主夾生物灰巖、泥質灰巖;底部以泥質灰巖為主夾生物灰巖、含燧石灰巖，為主要的含水層。

1.4 經畬組(C2j)

礦區深部均有存在。厚度176m。由磁鐵礦體夾薄層火山巖、砂質泥巖和砂巖組成。裂隙不發育，多被石英、方解石脈充填。一般不含水，為隔水巖層。

1.5 林地組(C1l)

上段為灰白色、淺灰色中厚層狀細粒石英砂巖與粉砂巖、泥巖互層夾石英礫石、石英砂礫巖、石英粗砂巖。下段為灰白、淺灰色巨厚層狀石英礫巖、石英砂礫巖夾石英砂巖、粉砂巖、泥巖。厚度710m。主要含風化裂隙水，局部含構造裂隙水。深部含水微弱—隔水。

1.6 花崗巖

燕山早期(γ52(3)c)莒舟—大洋花崗巖體，一方面，由于花崗巖體所處位置較高，分布面積較大，含風化帶孔隙裂隙水，是礦區I號溝和II號溝的發源地和地下水側向補給來源。另一方面，由于其深部厚大、新鮮完整隔水，因而成為礦區東、南、西三面阻隔區域地下水進入礦區的屏障。

2 礦區斷層充水性分析

礦區內的斷層主要有 F1斷層，F2'斷層、F2斷層、F3斷層、F14斷層、溪馬河斷層、F20斷層、F10斷層和天山凹斷層，其中F14緩斷層和溪馬河斷層為緩傾角斷層，其余多為是陡傾角斷層。主要描述如下:

2.1 F1斷層

為礦區東部隔水邊界。67線以南傾向北西，屬張性正斷層，破碎帶較發育，由泥巖、砂巖、石英脈及泥質物組成，除局部見石英脈穿插外，多為松散無膠結狀態，故體現出較強的導水性;67線以北表現為逆斷層，破碎帶窄小，但也具有一定的導水性。

2.2 溪馬河斷層

本斷層屬弱透水斷層，具有微弱排泄礦區地下水作用。在經畬－棲霞組灰巖地組接觸的斷層帶則漏水比較明顯，說明受斷層影響的灰巖導水性較強。

2.3 F2斷層

斷層附近上、下盤巖性破碎，巖溶化強烈發育，深度也急劇加大(如ZK654孔)。鉆進中常遇強烈漏水和坍塌現象，呈現較好的導水性能。但由于輝綠巖侵入充填比較廣泛，其導水性較不均一。

2.4 F3斷層

斷層上、下盤巖性較破碎，呈糜棱狀，破碎帶巖石多有膠結，勘探水文地質資料證實其西段是導水的，勘探期間有3個鉆孔穿過F3斷層時發生承壓涌水現象，說明F3是富水、導水斷層。

2.5 F20斷層

分布在西礦段中部，呈北北西走向。上下盤巖石破碎較強烈，擠壓鏡面與擦痕發育，表現弱導水一阻隔水特征。

具體參見圖1、圖2。

3 礦區地下水疏干情況分析

3.1 礦區地下水疏干的現狀

礦區疏干放水(試驗)先通過鉆探水文觀測孔、修復水文觀測孔并安裝水文觀測孔監測儀器、鉆探疏干試驗放水鉆孔等基礎工作為疏干放水作準備。同時完成地表水滲漏監測、疏干水位監測和礦井排水量監測等輔助工作，在礦坑排水能力形成后，再轉入深部疏干試驗或全面疏干工作，以便達到礦床安全疏干目的。

3.1.1 疏干前技術的準備和水文設施的建立

1)預防地表水滲漏及滲漏量監測

根據地質勘探報告，為預測溪馬河等地表水體滲漏補給，在溪馬河等8處設立堰流自動監測滲漏設施。2007年底在溪馬河上建成6個堰流、1號溝上建成2個堰流、崎瀨泉建成1個堰流，并安裝超聲波水位計，實現流量自動監測，為礦床疏干過程中是否發生地表水體滲漏補給礦坑等情況提供科學依據。

2)地下水水位監測

通過野外調查與研究，使用13個適合進行地下水水位監測的老鉆孔。2007年10月至2008年5月用掃孔、洗孔等辦法修復了10個水文觀測孔，新鉆探一個水文孔。并安裝了水位自動監測儀，開始地下水位動態觀測。觀測孔大多布置在礦區含水帶上，動態變化反應靈敏，可觀測到礦坑突水期間水位下降情況，還可監測預報疏干過程水位變化及疏干漏斗形態情況，以及觀測了解礦坑疏干、涌水過程地下水的水力聯系及水源補給情況，為水害治理提供決策依據。

圖1 馬坑礦區構造綱要圖

圖2 A－A'剖面圖

3)礦井排水量監測

2007年7 月在412硐口安裝了超聲波水位計，以記錄+420m、+300m水平井巷涌水量。在東回風井、2#膠帶斜井及西回風井等地段安裝堰流，同時在專用進風井、副井、措施豎井、3#膠帶斜井地下水排水口處安裝水表，監測排水口流量數據。監測礦井日常及疏干試驗過程的地下水涌水量，統計礦坑井巷排(涌)水量，為正式疏干放水測算疏干水量及疏干時間提供數據。

4)水5雙孔抽水降壓

水5雙孔自從2008年9月2日正式抽水降壓，抽水主孔及8個觀測孔水位均在下降。經測算，正常情況下水5雙孔抽水量約5 000m3/d。根據監測數據，當時全礦區地下水排水量在30 000m3/d左右。由于井巷突水，礦區已經開始緩慢疏干，礦區地下水位已下降50多米。水5雙孔抽水實際上是進行大型的非穩定流抽水試驗，試驗表明:水5抽水能有效地降低礦區地下水位，起到疏干降壓的作用。它能揭示現階段馬坑鐵礦區地下水賦存及運移規律。及時收集整理抽水孔及觀測孔水位動態資料，以便分析礦區地下水水力特征及計算水文地質參數，指導下階段礦床疏干放水工作，為全面疏干提供經驗。

5)在+360m水平開展疏干試驗

在+360m水平施工了2個疏干試驗鉆孔，做了探索性放水試驗。雖然效果不太明顯，但對今后的疏干試驗放水孔的布置有所啟示。

3.1.2 目前礦坑地下水的運移規律及地下水動態規律

1)以斷裂帶涌水為主

自2007年5月開始，迄今先后在一、二期采掘工程的井巷(斜井、豎井及平巷)中共發生十幾起突水或涌水事件，突(涌)水標高在+200～+300m左右，突水段巖性有砂巖、泥巖、灰巖和花崗巖等，以斷裂破碎帶突水類型為主，涌水量大約在80～200m3/h，發生過淹井、淹巷道、嚴重影響生產、造成經濟損失等危害。

2)礦區地下水位明顯緩慢下降

由于不斷地抽排涌(突)水點的地下水，消耗了礦區一小部分靜儲量，致使礦區鉆孔的地下水位標高從2007年年底的+450m降到2008年年底的+400m左右，全礦區地下水位下降了50m，據10個水文觀測孔統計資料，這期間日平均水位降幅為0.15～0.40m左右(雨季水位略有回升)。

3)水力聯系明顯，補給范圍較廣

突水期間礦區周邊的水文孔的水位也略有下降，水位下降顯示出礦區地下水水力聯系較明顯，雖補給范圍較廣，但預測礦床是可以疏干的。

3.2 礦區地下水疏干面臨的幾個問題

3.2.1 開拓工程量大地下水疏干工作尤為重要

一期采礦已轉向未疏干地下水的+360m、+300m等水平進行。二期技改工程掘成四個豎井后，膠帶斜井及主斜坡道正往縱深開拓，+200m水平巷道正從四個豎井周邊向主礦體方向拓展。一、二期井巷工程開拓量大，涉及范圍廣，正在全礦區三個礦段上全面鋪開。因此，地下水的疏干工作能否做好關系著整個礦區的全面開發。

3.2.2 意外突水增多，防范難度增大

由于礦區水文地質條件復雜，地下水量豐沛，斷層巖溶發育。井巷開拓時可能通過斷層、裂隙、巖溶與含水體溝通發生意外的突水事故。深部地質情況的多變性，推測資料難以準確，致使防范難度增大。地下水的疏干工程將直接影響著礦區內巷道的掘進進度，因此，礦區面臨著怎樣加快地下水疏干速度這一問題。

3.2.3 礦區地下水疏干設施應加強維護

自從2008年9月2日水5孔抽水以來，礦區水位有了明顯的下降，因此，為了能夠在下一階段更加出色地做好地下水疏干工作，有必要對礦區內地下水疏干設施做好維護工作。如:加強水5設備和13個水位監測設施及8個流量監測設施的維護等。

4 礦區地下水疏干的探討

礦區地下水問題解決不好，在地下巷道中的掘進是非常危險的。馬坑鐵礦處于一個巖溶和構造較發育的礦區，地下水的威脅是比較大的。做好礦區地下水疏干工作無論從水文地質工作還是安全生產的角度來看，都是很有必要的。

4.1 合理疏干礦床地下水

礦區地下水較為豐富，采掘需要疏干地下水。超前疏干(同階段疏干、超階段疏干)是礦山防治水最好辦法。采用井下為主、地面為輔的聯合疏干方法，繼續加大疏干放水量，鞏固并擴大水5孔抽水降壓的成果。尋找礦坑地下水最為富集的強徑流帶，合理設計并施工叢狀(扇形)放水孔，安全地有條不紊地疏干放水。

4.2 堅持動態監測與水情分析

認真細致地做好溪馬河礦區段流量監測，判斷鑒別滲漏具體位置及滲漏量。同時準確地不間斷統計出礦井每一處日排(涌)水量。調整、保護并使用好13個水文觀測孔的監測儀器，及時整理分析水位數據，為疏干防治水提供決策依據。堅持做好礦區地表水及地下水動態數據周報、月報，為疏干試驗和礦坑突水提供較為可靠的地下水運移特征及水源補給的分析資料。

4.3 做好礦區水文地質、工程地質基礎工作

巷道水文地質工程地質編錄是礦區日常水文地質工作的不可或缺的重要組成部分，是疏干防治水的重要依據，尤其是疏干期間更要切實做好二期技改工程在掘巷道水文地質編錄工作。利用水5孔抽水資料，編制礦區地下水水位曲線圖、等水位線圖、疏干漏斗(形態)剖面圖，用來指導下一階段的疏干防治水工作。同時利用好礦區近兩年來水文地質工作成果，充分完善已繪成的礦區綜合水文地質圖，以便指導今后的整個礦區水文地質工作。

4.4 做好相關的水文地質技術儲備

初步推測礦區地下水有補給水源，如果全面疏干有困難的話，必須考慮用帷幕注漿截流等方法堵截地下水的側向補給源，為此需要做好注漿堵水和河床注漿防滲處理等方面的技術儲備。

[1]福建省地質八隊.福建省龍巖市馬坑鐵礦區西礦段詳細勘探地質報告.1983.6.

[2]福建省一二一煤田地質勘探隊.福建省龍巖縣馬坑鐵礦區中礦段詳細勘探地質報告.1976.

[3]王大純，張人權等.水文地質學基礎.地質出版社.1995.6.第一版.

[4]福建省地質工程勘察院，中國地質大學(武漢).福建馬坑鐵礦二期工程礦坑疏干預測工作方案.2006.7.

[5]張和應.關于礦床疏干前防治水工作的設想與建議.2008.7.關于近期礦區水文地質工作的設想與計劃.2008.11.