霍邱縣草樓鐵礦礦床水文地質類型評價

廖海萍，孫協龍

（安徽金聯地礦科技有限公司，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條件調查，結合各個階段獲取的水文地質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”的礦床水文地質類型進行調查評價，進而加強礦床水文地質的基礎工作，有針對性的開展水害預測預報，采取有效的防治水手段或技術措施，確保礦山安全生產。同時為類似條件的周邊礦山開展水害預測、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境內。該礦于2004年7月主井副井開工建設，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，達到穩產。

本區地層區劃屬華北地層區，淮河地層分區。變質地質單元屬華北太古～古元古變質地區，晉冀魯豫晚太古變質地帶，登封～霍邱區。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 調查評價方法

2.1 收集資料

全面收集和研究了區內已有的水文地質、工程地質、環境地質、礦井地質、礦區巖土勘察報告、地質鉆孔、剖面以及礦產資源開采設計方案等相關資料。

2.2 野外調查

野外調查工作開展前，項目組集中研究了礦山水文地質條件，統一了調查方法、調查內容和技術要求，并以1：2000地形地質圖做底圖，進行現場調查勾畫。調查時，對礦井地面豎井分布、排水口位置等情況作了現場調查；同時到井下對開采面出水情況、水倉和排水設備運行情況等進行了詳細調查及取樣、測試。

2.3 綜合研究

在充分收集已有的資料及野外調查的基礎上，對各項資料進行綜合整理、分析研究，對礦井水文地質類型進行綜合劃分，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

因礦山的建設和開發活動，干擾了地下水圈的自然運動規律，因此水文條件評價須緊密結合采礦活動。在評價過程中，首先考慮客觀存在的水文地質條件，同時結合礦山防治水工作進行水文地質條件研究[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充填的尾砂固結所排的水、生產用水和基巖裂隙含水層水組成，根據長期觀測結果，尾砂固結所排的水量約占礦井總涌水量的87.5%。本次據-290m、-410m水倉排水情況巷道調查，各年份、月份礦坑排水量統計資料表明，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，最大涌水量約1678m3/d。預測未來開采過程中排水量不會有大的變化，隨著采空區充填量增加，固結排水有一定增加。

（2）充水通道。

①斷裂。礦區斷裂構造不發育。礦床內主要斷層只有一條，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、充填較好。斷層的導水作用一般。

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為次生礦物，原巖褪色，巖芯一般呈土狀、塊狀。弱風化帶中風化裂隙發育，構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，導水作用一般。

③基巖裂隙帶。礦床內無大的的地表水體，第四系上部普遍見很厚（77.74m～100.50m，平均厚度為84.61m）粉質亞粘土，透水性差，故地表水和地下水之間水力聯系微弱。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，局部會出現滴淋水現象，水量較小（通常小于4m3/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。基巖裂隙導水作用一般。

④封閉不良鉆孔。礦山無需要封閉的不良鉆孔。

3.1.2 礦井及周邊老空區分布及積水狀況

經調查，礦井周邊無老空水。礦山現已充填90余個采空礦房（采用全尾砂膠結充填），充填率85%以上。采空區尾砂膠結充填后產生的固結排水隨充填量的增加而增大，進而使礦井的總涌水量增加。經現場調查，固結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

本鐵礦埋藏于當地侵蝕基準面及地下水位之下，第四系上部普遍見很厚粉質亞粘土，透水性差。根據礦山初步設計，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留50m防水礦柱（設計不予開采）。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 防治水技術手段與工程設施及實施效果狀況

3.2.1 防治水技術手段

礦山防治水害技術一般分地表水防治技術和井下水防治技術。地表水防治技術方法一般有：河渠防滲、明溝排水、截洪導流及建閘設站等；井下水防治技術方法主要包括：井下探放水、注漿堵水、留設防水礦（巖）柱、突水預測預警以及井下設施（水倉、泵站、管道系統）防水等。

“草樓鐵礦”采用的防治水措施有：

（1）地表水防治。區內分布有水塘、溝渠等地表水體，礦區實施的技術手段主要有明溝排水、截洪導流等措施。

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

（3）在各中段石門處設置防水門。

3.2.2 工程設施及實施效果

煙苗剪葉器的總體結構如圖1所示。其主要由電機、殼體、切刀、集葉網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，切削煙苗；殼體上設有“U”型把手，用于手持操作；殼體內腔設置兩片形狀為“L”形的切刀，安裝在電機軸上，高速旋轉時，由于離心力的作用而產生吸力，將剪切掉的煙苗碎葉吸入殼體內送入集葉網袋；消毒容器安裝在殼體上，打開其上開關，容器內消毒液即滴入高速旋轉的切刀上，形成霧狀，對切刀進行全覆蓋消毒；集葉網袋套在剪葉器的出風口上，用于收集作業時產生的碎葉。

“草樓鐵礦”防治水工程設施主要有：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，在-290m、-410m水平處各設一個井底水泵房和二個水倉，排水現狀：-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，本礦排水設施完備，水倉容積、水泵能力、回路供電等的設計標準，符合相關規定。排水設備系統維護保養好，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

根據初步設計，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留50m防水礦柱（設計不予開采）。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。礦山現已充填90余個采空礦房，充填率85%以上，其它未充填采空區基本無積水。

4.3 礦井涌水量

據-290m、-410m水倉排水情況巷道調查統計，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 評價結果

經對礦區水文地質條件、礦井歷年涌水量情況的調查及分析，結合礦山包括排水系統在內的生產系統運行情況，可以得到以下認識：①本礦床為隱伏礦床，礦體處在當地最低侵蝕基準面和地下水水位以下。②本礦床屬于裂隙水充水礦床，吳集組中深變質巖為直接充水含水層，含水介質為片麻巖、片巖、混合巖夾大理巖等，裂隙總體不發育，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，是霍邱地區的區域性隔水層，也是本礦床的重要隔水層位。④據礦坑排水量統計，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，水量動態變化總體平穩。⑤礦山排水系統設計規范，設施完善，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行嚴格。

綜上所述，根據現有資料分析和礦山實際排水情況，“草樓鐵礦”現階段礦床水文地質類型可判為簡單。

6 防治水措施及建議

6.1 防治水措施

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

繼續做好第四紀地下水、基巖水、疏干排水記錄，在構造裂隙發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合排水實驗。

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

（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礦溝通，達到資料共享，隨時掌握與相鄰礦井采掘關系的進展情況。

（4）完善礦山應急救援預案措施，建立相應的水文地質臺賬及防治水管理制度。

7 結論

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