关于马坑铁矿矿床疏干的探讨

2012-09-18李迎春

地下水 2012年2期

李迎春，杨森

(1.安徽金联地矿科技有限公司，安徽合肥230000;2.河南省有色金属地质矿产局第五地质大队，河南郑州450016)

马坑铁矿位于龙岩市东南120°方向，平距13 km之马坑村东南山上。矿区降雨量丰富，多年平均年降雨量为1693 mm(最大年降雨量2496 mm、最小1189 mm)。每年3～8月为雨季，约占全年降雨量的75%左右，雨量比较集中且强度大，是本区地下水的主要补给来源。

马坑铁矿属水文地质条件中等—复杂的半隐伏岩溶水文地质类型矿床。主矿体赋存于中石炭统经畲组(C2j)地层中。以厚度巨大、地下岩溶发育、含水性强的船山组～栖霞组(C3c～P1q)碳酸盐类岩石为其顶板，岩溶裂隙充水为主。矿区四周均为断层切割，外侧为富水较差的裂隙岩层，侧向补给不大，构成自然的隔水边界。这些条件决定了马坑矿区可以通过疏干工程降低水位，对深部铁矿进行开采。

由于二期开采工程规划开拓的+300m高程水平巷道和+200m高程水平巷道大部在灰岩中掘进，为了减少挖掘巷道过程中突水、涌水等事故的发生，必须查明矿区的地下水运移、动态变化规律，为矿区地下水疏干做好基础工作准备。主要有以下两方面的意义:①在巷道挖掘工程中必须在探水、堵水条件下向前开拓，地下水的疏干可以加快工程的进度。②地下水疏干可为矿山全面开发创造更有利的条件。

1 矿区岩层含水性特征

矿区范围内地层分布自南东向北西(单斜构造)依次为林地组、经畲组、船山组、栖霞组、文笔山组与加福组，岩性及含水性描述如下:

1.1 加福组(P1j)

第一段:以灰黑色中厚层状泥岩和砂质泥岩为主，夹少量细砂岩和粉砂岩，该段下部含煤层、煤线5层以上。第二段:以灰—深灰色中厚层状粉砂岩、砂质泥岩和黑色块状泥岩为主的不含煤段。该段下部和上部以粉砂岩和砂质泥岩为主，夹薄层细砂岩。岩石结构致密，呈块状，节理裂隙不发育，泉水少见。富水性极微弱，属相对隔水层。

1.2 文笔山组(P1w)

下段以黑色块状泥岩为主，上部渐变为灰黑色中厚层状砂质泥岩，底部时夹1～3层透镜状钙质粉砂岩，局部见流纹质凝灰质泥岩和霏细岩。底部常具角岩化和矽卡岩化，局部磁铁矿化。上段以灰黑色中厚层状砂质泥岩为主，下部时相变为细砂岩或粉砂岩。为一套透水性微弱的隔水层。

1.3 栖霞组(P1q)

顶部为硅质岩、硅质灰岩，上部以燧石灰岩为主夹生物灰岩、泥质灰岩;底部以泥质灰岩为主夹生物灰岩、含燧石灰岩，为主要的含水层。

1.4 经畲组(C2j)

矿区深部均有存在。厚度176m。由磁铁矿体夹薄层火山岩、砂质泥岩和砂岩组成。裂隙不发育，多被石英、方解石脉充填。一般不含水，为隔水岩层。

1.5 林地组(C1l)

上段为灰白色、浅灰色中厚层状细粒石英砂岩与粉砂岩、泥岩互层夹石英砾石、石英砂砾岩、石英粗砂岩。下段为灰白、浅灰色巨厚层状石英砾岩、石英砂砾岩夹石英砂岩、粉砂岩、泥岩。厚度710m。主要含风化裂隙水，局部含构造裂隙水。深部含水微弱—隔水。

1.6 花岗岩

燕山早期(γ52(3)c)莒舟—大洋花岗岩体，一方面，由于花岗岩体所处位置较高，分布面积较大，含风化带孔隙裂隙水，是矿区I号沟和II号沟的发源地和地下水侧向补给来源。另一方面，由于其深部厚大、新鲜完整隔水，因而成为矿区东、南、西三面阻隔区域地下水进入矿区的屏障。

2 矿区断层充水性分析

矿区内的断层主要有 F1断层，F2'断层、F2断层、F3断层、F14断层、溪马河断层、F20断层、F10断层和天山凹断层，其中F14缓断层和溪马河断层为缓倾角断层，其余多为是陡倾角断层。主要描述如下:

2.1 F1断层

为矿区东部隔水边界。67线以南倾向北西，属张性正断层，破碎带较发育，由泥岩、砂岩、石英脉及泥质物组成，除局部见石英脉穿插外，多为松散无胶结状态，故体现出较强的导水性;67线以北表现为逆断层，破碎带窄小，但也具有一定的导水性。

2.2 溪马河断层

本断层属弱透水断层，具有微弱排泄矿区地下水作用。在经畲－栖霞组灰岩地组接触的断层带则漏水比较明显，说明受断层影响的灰岩导水性较强。

2.3 F2断层

断层附近上、下盘岩性破碎，岩溶化强烈发育，深度也急剧加大(如ZK654孔)。钻进中常遇强烈漏水和坍塌现象，呈现较好的导水性能。但由于辉绿岩侵入充填比较广泛，其导水性较不均一。

2.4 F3断层

断层上、下盘岩性较破碎，呈糜棱状，破碎带岩石多有胶结，勘探水文地质资料证实其西段是导水的，勘探期间有3个钻孔穿过F3断层时发生承压涌水现象，说明F3是富水、导水断层。

2.5 F20断层

分布在西矿段中部，呈北北西走向。上下盘岩石破碎较强烈，挤压镜面与擦痕发育，表现弱导水一阻隔水特征。

具体参见图1、图2。

3 矿区地下水疏干情况分析

3.1 矿区地下水疏干的现状

矿区疏干放水(试验)先通过钻探水文观测孔、修复水文观测孔并安装水文观测孔监测仪器、钻探疏干试验放水钻孔等基础工作为疏干放水作准备。同时完成地表水渗漏监测、疏干水位监测和矿井排水量监测等辅助工作，在矿坑排水能力形成后，再转入深部疏干试验或全面疏干工作，以便达到矿床安全疏干目的。

3.1.1 疏干前技术的准备和水文设施的建立

1)预防地表水渗漏及渗漏量监测

根据地质勘探报告，为预测溪马河等地表水体渗漏补给，在溪马河等8处设立堰流自动监测渗漏设施。2007年底在溪马河上建成6个堰流、1号沟上建成2个堰流、崎濑泉建成1个堰流，并安装超声波水位计，实现流量自动监测，为矿床疏干过程中是否发生地表水体渗漏补给矿坑等情况提供科学依据。

2)地下水水位监测

通过野外调查与研究，使用13个适合进行地下水水位监测的老钻孔。2007年10月至2008年5月用扫孔、洗孔等办法修复了10个水文观测孔，新钻探一个水文孔。并安装了水位自动监测仪，开始地下水位动态观测。观测孔大多布置在矿区含水带上，动态变化反应灵敏，可观测到矿坑突水期间水位下降情况，还可监测预报疏干过程水位变化及疏干漏斗形态情况，以及观测了解矿坑疏干、涌水过程地下水的水力联系及水源补给情况，为水害治理提供决策依据。

图1 马坑矿区构造纲要图

图2 A－A'剖面图

3)矿井排水量监测

2007年7 月在412硐口安装了超声波水位计，以记录+420m、+300m水平井巷涌水量。在东回风井、2#胶带斜井及西回风井等地段安装堰流，同时在专用进风井、副井、措施竖井、3#胶带斜井地下水排水口处安装水表，监测排水口流量数据。监测矿井日常及疏干试验过程的地下水涌水量，统计矿坑井巷排(涌)水量，为正式疏干放水测算疏干水量及疏干时间提供数据。

4)水5双孔抽水降压

水5双孔自从2008年9月2日正式抽水降压，抽水主孔及8个观测孔水位均在下降。经测算，正常情况下水5双孔抽水量约5 000m3/d。根据监测数据，当时全矿区地下水排水量在30 000m3/d左右。由于井巷突水，矿区已经开始缓慢疏干，矿区地下水位已下降50多米。水5双孔抽水实际上是进行大型的非稳定流抽水试验，试验表明:水5抽水能有效地降低矿区地下水位，起到疏干降压的作用。它能揭示现阶段马坑铁矿区地下水赋存及运移规律。及时收集整理抽水孔及观测孔水位动态资料，以便分析矿区地下水水力特征及计算水文地质参数，指导下阶段矿床疏干放水工作，为全面疏干提供经验。

5)在+360m水平开展疏干试验

在+360m水平施工了2个疏干试验钻孔，做了探索性放水试验。虽然效果不太明显，但对今后的疏干试验放水孔的布置有所启示。

3.1.2 目前矿坑地下水的运移规律及地下水动态规律

1)以断裂带涌水为主

自2007年5月开始，迄今先后在一、二期采掘工程的井巷(斜井、竖井及平巷)中共发生十几起突水或涌水事件，突(涌)水标高在+200～+300m左右，突水段岩性有砂岩、泥岩、灰岩和花岗岩等，以断裂破碎带突水类型为主，涌水量大约在80～200m3/h，发生过淹井、淹巷道、严重影响生产、造成经济损失等危害。

2)矿区地下水位明显缓慢下降

由于不断地抽排涌(突)水点的地下水，消耗了矿区一小部分静储量，致使矿区钻孔的地下水位标高从2007年年底的+450m降到2008年年底的+400m左右，全矿区地下水位下降了50m，据10个水文观测孔统计资料，这期间日平均水位降幅为0.15～0.40m左右(雨季水位略有回升)。

3)水力联系明显，补给范围较广

突水期间矿区周边的水文孔的水位也略有下降，水位下降显示出矿区地下水水力联系较明显，虽补给范围较广，但预测矿床是可以疏干的。

3.2 矿区地下水疏干面临的几个问题

3.2.1 开拓工程量大地下水疏干工作尤为重要

一期采矿已转向未疏干地下水的+360m、+300m等水平进行。二期技改工程掘成四个竖井后，胶带斜井及主斜坡道正往纵深开拓，+200m水平巷道正从四个竖井周边向主矿体方向拓展。一、二期井巷工程开拓量大，涉及范围广，正在全矿区三个矿段上全面铺开。因此，地下水的疏干工作能否做好关系着整个矿区的全面开发。

3.2.2 意外突水增多，防范难度增大

由于矿区水文地质条件复杂，地下水量丰沛，断层岩溶发育。井巷开拓时可能通过断层、裂隙、岩溶与含水体沟通发生意外的突水事故。深部地质情况的多变性，推测资料难以准确，致使防范难度增大。地下水的疏干工程将直接影响着矿区内巷道的掘进进度，因此，矿区面临着怎样加快地下水疏干速度这一问题。

3.2.3 矿区地下水疏干设施应加强维护

自从2008年9月2日水5孔抽水以来，矿区水位有了明显的下降，因此，为了能够在下一阶段更加出色地做好地下水疏干工作，有必要对矿区内地下水疏干设施做好维护工作。如:加强水5设备和13个水位监测设施及8个流量监测设施的维护等。

4 矿区地下水疏干的探讨

矿区地下水问题解决不好，在地下巷道中的掘进是非常危险的。马坑铁矿处于一个岩溶和构造较发育的矿区，地下水的威胁是比较大的。做好矿区地下水疏干工作无论从水文地质工作还是安全生产的角度来看，都是很有必要的。

4.1 合理疏干矿床地下水

矿区地下水较为丰富，采掘需要疏干地下水。超前疏干(同阶段疏干、超阶段疏干)是矿山防治水最好办法。采用井下为主、地面为辅的联合疏干方法，继续加大疏干放水量，巩固并扩大水5孔抽水降压的成果。寻找矿坑地下水最为富集的强径流带，合理设计并施工丛状(扇形)放水孔，安全地有条不紊地疏干放水。

4.2 坚持动态监测与水情分析

认真细致地做好溪马河矿区段流量监测，判断鉴别渗漏具体位置及渗漏量。同时准确地不间断统计出矿井每一处日排(涌)水量。调整、保护并使用好13个水文观测孔的监测仪器，及时整理分析水位数据，为疏干防治水提供决策依据。坚持做好矿区地表水及地下水动态数据周报、月报，为疏干试验和矿坑突水提供较为可靠的地下水运移特征及水源补给的分析资料。

4.3 做好矿区水文地质、工程地质基础工作

巷道水文地质工程地质编录是矿区日常水文地质工作的不可或缺的重要组成部分，是疏干防治水的重要依据，尤其是疏干期间更要切实做好二期技改工程在掘巷道水文地质编录工作。利用水5孔抽水资料，编制矿区地下水水位曲线图、等水位线图、疏干漏斗(形态)剖面图，用来指导下一阶段的疏干防治水工作。同时利用好矿区近两年来水文地质工作成果，充分完善已绘成的矿区综合水文地质图，以便指导今后的整个矿区水文地质工作。