山東會寶嶺鐵礦礦井水害分析與防治措施

石紹飛 劉允秋 尹 裕

(1.山東能源臨礦集團會寶嶺鐵礦；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

會寶嶺鐵礦礦床產于變質巖系巖層中，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；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，向東側向傾伏，并隱伏于蓋層之下，礦區內蓋層較厚。區內礦體的主要充水含水層為二青山組灰巖、石英砂巖巖溶裂隙水。含水層下分布有黑山官組斷續不穩定的頁巖，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不穩定的黑山官組頁巖段對礦床坑道開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，巖石堅硬，巖體較完整，裂隙較發育，含水性差，對深部礦床坑道開采、充水不會造成較大影響。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，對坑道產生充水危害。根據礦區鉆孔揭露情況，可知礦層均較完整，為防止地下水直接潰入坑道，開采時上部礦體均應留設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#線附近應加大預留防水保安礦柱的厚度，以防蓋層地下水直接潰入坑道。礦床內分布有2條斷層，含水微弱，圍巖含水性極弱，斷層延伸規模較小，均未溝通地表水體，因此礦區構造對礦床開采不會直接造成水害威脅。為確保該礦安全開采，本研究結合礦床涌水量實測數據，對礦區水文地質條件進行分析，并對相應的水害防治措施進行探討。

1 礦區水文地質條件

2016年全年以及2017年1—4月礦井涌水量實測數據(表1、表2)表明，礦井涌水量主要由主井、副井、進風井、西出風井、東出風井、斜坡道、-60 m水平、-130 m 水平、-430 m水平的涌水構成，礦井總涌水量為407.7～517.2 m3/h，平均為464.2 m3/h，2017年1—4月礦井涌水量穩定于508.9 m3/h左右。

表1 2016年會寶嶺鐵礦礦井涌水量實測結果

m3/h

觀測時間-60m水倉-60m水平斜坡道-601m水倉主井副井-480m水平-535m水平-601m水平-430m水倉-340m總水平西出風井-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

續表

表2 2017年1—4月會寶嶺鐵礦礦井涌水實測結果 m3/h

續表

副井井筒施工-624.6～-659.3 m標高段，圍巖較破碎，在井底(標高為-622 m)進行鑿巖作業時，有3個鉆孔出水，實測井筒涌水量為102 m3/h。經研究，在現場首先將涌水強排至底，測量出的工作面涌水量約20 m3/h。2012年1月14日，東出風井井筒掘進至井深75.7 m(絕對標高-15.4 m)處，井筒涌水量增大至256.6 m3/h，后經井筒壁后注漿，根據4個0°檢查孔和1個中心檢查孔的單孔涌水量(1.2 m3/h)，預測注漿段掘進期間的漏水量應小于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，礦井水文地質條件類型為中等型。

2 礦井防治水措施

(1)提升礦井排水能力。本研究根據礦井正常涌水量492.8 m3/h和最大涌水量630.8 m3/h來計算礦井排水能力。目前，礦井安裝有4臺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，24 h的涌水量為11 827.2 m3；礦井最大涌水時，24 h的涌水量為15 139.2 m3。1臺水泵工作20 h排出的水量為9 000 m3，可見需要2臺水泵同時工作方可滿足井下不同時期的排水要求。若礦井涌水量持續增加，進一步增加水泵數量，能夠有效排除礦井涌水。

(2)設置截水槽排放分流水量。井筒施工至-612 m 水平時出水，實測井筒總涌水量為57.9 m3/h，鑿井作業困難，作業循環時間為正常施工時的2倍。在副井-601.7 m馬頭門以上井壁設置了2道截水槽，通過-601 m水平粉礦回收巷道由主井側排放20 m3/h分流水量，副井井筒得以強行穿過本段弱含水層。

(3)強排水并注漿。副井井筒施工至-624.6～-659.3 m標高段，圍巖較破碎，為黑云變粒巖，巖石堅硬，性脆，有花崗巖脈和石英團塊侵入，巖體破碎，易掉塊，地質條件差。2016年8月20日夜班，在井底(標高為-622 m)進行鑿巖作業時，有3個鉆孔出水，且水壓大，水泵排水效果不佳，導致無法繼續施工，經實測井筒涌水量為102 m3/h(不包括分流水量20 m3/h)。為防止涌水淹井，采取了強排水應急救援方案，安裝了1臺排水能力為50 m3/h 的臥泵，使用2臺臥泵進行排水，同時對-601.7 m 馬頭門往下至標高-620 m區段進行了井壁壁后注漿，實現了對涌水的有效控制。

(4)工作面預注漿和壁后注漿。東出風井井筒施工至標高13.5 m時，從井壁西側出水，通道為裂隙，寬0.2 m，長1 m，實測涌水量為80 m3/h。經分析，確定采取打疏干井和井筒工作面預注漿的治水方案[5-7]。在西側距井筒中心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施疏干降水，但效果不明顯，未達到原定目標。考慮到井下水路難以預測，為避免延誤井筒施工工期，采取了工作面預注漿和壁后注漿的治水方案[8-10]，方案實施后經檢查孔檢測，井筒出水量小于10 m3/h，基本達到預定的治水目標。

3 建 議

(1)進行水文補充勘探。礦區雖然在勘探階段和建井初期階段開展了一定的水文地質工作，取得了豐富的礦井開拓期的水文地質資料，但仍無法滿足確保礦井安全開采的要求。現階段，仍然無法有效掌握礦井主要充水含水層的分布特征、巖溶裂隙發育情況、富水性情況以及斷層導水性特征。因此，有必要進一步加強補充勘探工作，為礦井涌水防治提供可靠依據。

(2)構建礦井水文觀測系統。目前，礦井已經進行了一定工程量的建設，但尚未建立礦井水文地質觀測系統，實現對礦區持續、穩定的水文地質觀測是亟需開展的工作。

(3)加強井下巷道掘進超前探放水工作。目前礦井處于建井階段，以巷道掘進為主體工程，在巷道掘進過程中，遇到斷層時，應及時開展超前探放水工作，可采用三維高密度電法進行超前物探工作，在此基礎上進行鉆探驗證工作。

(4)開展水文地質專題研究工作。礦區水文地質條件受控于地質條件，及時開展針對性的水文地質專題研究工作(如礦井構造分布特征及其對礦井水文條件的影響、含水層分布特征及其富水規律等)，為制定有效的礦井涌水防治措施提供有益參考。

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