概要评价地下水对段店矿区(王家庄矿段)铝土矿开发的影响(以IV号主矿体为例)

睢栋超,黄志强,任鸿飞

(河南省有色金属地质矿产局第六地质大队,河南 洛阳 471002)

0 引言

随着人类的对铝土矿资源不断开发,开采逐渐从地表走向地下,由浅部走向深部。华北地区的铝土矿由于其特殊的赋存层位,不可避免地要受到地下水的威胁,因而,在勘探深部铝土矿的同时加强水文地质工作就显得尤为重要,本文一方面从安全生产的角度评价对底板突水进行评价,另一方面对疏干治水方案进行简要设计,并对成本进行核算,最终评价地下水对铝土矿经济价值的影响,为矿业权评估提供依据。

1 矿床治水的必要性

1.1 底板突水危险性评价：

实测及研究表明,矿层底板在开采条件下,由于受到矿压及岩承压岩溶水的共同作用,自上而下分为三个带：矿压对底板的破坏带、具有阻隔水能力的有效保护带和岩溶承压水导升带。

1.1.1 矿压对底板破坏深度(h1)

矿压对底板破坏深度主要与岩石的坚固性系数、工作面宽度、开采深度及煤层倾角等因素有关。根据吴慧芳、段云水的经验公式：

h1=7.92911n(L/24)十 0.0091H十 0.0448a-0.3113f

式中：h1为底板矿压破坏深度;L为工作面倾斜长度;H为矿层开采深度;f为底板岩层的坚固系数;a为岩层倾角(rad)

其他有关参数的选取说明见下表 1：

表1 参数选取表

1.1.2 岩溶承压水导升高度(h3)

段店铝土矿的直接底板为铝土质泥岩隔水软岩,原始导高存在与否,受井田内水压与井田小构造发育程度有密切关系,一般来说,对于无构造扰动的铝土质泥岩来说,原始导高一般都很小,由于资料所限,我们取总导高 h3=0。

1.1.3 突水系数

计算公式：

式中：TS-突水系数(Mpa/m)

P-隔水层承受的水压(MPa)

h2-有效隔水层厚度h2=M-h1-h3对计算结果进行分析,开采过程中在矿山压力作用下,底板破坏深度大部分将大于隔水层厚度,导致寒武系灰岩岩溶水直接与矿层连通,造成底板水涌入开采巷道;尚且存在有效隔水层的地段突水系数大多在 0.5以上,最小为 0.1,全部为威胁区或突水危险区。

1.2 顶板水害评价

矿区太原组埋深比较浅,多在 130米以浅,构造位置处于梁洼向斜的东南翼,岩溶发育条件比较好,就目前勘探资料显示,太原组含水层渗透系数为 13.97 m3/d,单位涌水量5.587 m3L/s.m,属于极富水含水层,统计资料显示,70%的钻孔揭露本矿段矿层直接与太原组第一层灰岩接触,其它30%的隔水顶板多在 3m以下,采矿过程中在矿山压力作用下也势必将失去阻水能力,甚至会跨落下来。不言 而喻,矿层顶板水也将是矿山开发的一大威胁。

综上所述,有必要在矿床开采前对矿层顶、底板地下水进行治理。

2 矿床疏干治水方案

2.1 矿床疏干时间、疏干流量计算：

由泰斯公式看出,在导水系数 T、压力传导系数 a、抽水井半径 r一定的情况下,泰斯公式就成了时间与流量的函数。

利用此公式可解答一给定时间内矿床疏干所要的原量。

表2 矿床疏干计算参数选取表

表3 矿床疏干计算参数选取表计算结果见下表3：

表3 矿床疏干流量表

2.2 疏干治水成本概算

计算按矿井井巷开拓时间为三年左右,即需要在三年左右(取 1157天)的时间内把地下水位疏降到矿层底板以下。计算结果及说明见表 4：IV号主矿体面积 0.89 km2,储量 300多万吨,按现行价格200元/吨算,价值约 6亿元人民币,排水费用将使 IV号主矿体的开采额外增加 7.64%的开采成本。

表4 矿床疏干治水成本概算表

3 结 论

利用目前的勘探资料,通过对矿层底板水突水危险性评价,得出在矿床开采阶段受底板水威胁的结论,并对疏干治水所用的水量及疏干时间以及对疏干治水方案的经济费用进行了概算。得出地下水将大大地削减王家矿段(IV号主矿体)铝土矿的经济价值;未来矿业权评估中,开采地质的复杂程度将对矿床的价值产生极大的影响。

[1]《河南省鲁山县段店矿区水文地质工程地质补充详查报告》,河南省有色金属地质矿产局第六地质大队,2007;

[2]陈崇希等《地下水动力学》,地质出版社,1999;

[3]薛禹群等,《地下水动力学》,地质出版社,1997;

[4]吴慧芳、段云水等,《采用“下三带”理论计算法开采受承压水威胁煤层的探讨》煤炭企业管理,2002.6。

[5]中国地质调查局,《中华人民共和国地质调查局项目设计预算暂行标准》,中国地质调查局,2000.2;

[6]国家技术监督局,《矿区水文地质工程地质勘探规范》,1991.10;