關(guān)于馬坑鐵礦礦床疏干的探討

李迎春，楊 森

(1.安徽金聯(lián)地礦科技有限公司，安徽合肥230000;2.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊(duì)，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(qū)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(qiáng)度大，是本區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源。

馬坑鐵礦屬水文地質(zhì)條件中等—復(fù)雜的半隱伏巖溶水文地質(zhì)類(lèi)型礦床。主礦體賦存于中石炭統(tǒng)經(jīng)畬組(C2j)地層中。以厚度巨大、地下巖溶發(fā)育、含水性強(qiáng)的船山組～棲霞組(C3c～P1q)碳酸鹽類(lèi)巖石為其頂板，巖溶裂隙充水為主。礦區(qū)四周均為斷層切割，外側(cè)為富水較差的裂隙巖層，側(cè)向補(bǔ)給不大，構(gòu)成自然的隔水邊界。這些條件決定了馬坑礦區(qū)可以通過(guò)疏干工程降低水位，對(duì)深部鐵礦進(jìn)行開(kāi)采。

由于二期開(kāi)采工程規(guī)劃開(kāi)拓的+300m高程水平巷道和+200m高程水平巷道大部在灰?guī)r中掘進(jìn)，為了減少挖掘巷道過(guò)程中突水、涌水等事故的發(fā)生，必須查明礦區(qū)的地下水運(yùn)移、動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，為礦區(qū)地下水疏干做好基礎(chǔ)工作準(zhǔn)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(kāi)拓，地下水的疏干可以加快工程的進(jìn)度。②地下水疏干可為礦山全面開(kāi)發(fā)創(chuàng)造更有利的條件。

1 礦區(qū)巖層含水性特征

礦區(qū)范圍內(nèi)地層分布自南東向北西(單斜構(gòu)造)依次為林地組、經(jīng)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(zhì)泥巖為主，夾少量細(xì)砂巖和粉砂巖，該段下部含煤層、煤線(xiàn)5層以上。第二段:以灰—深灰色中厚層狀粉砂巖、砂質(zhì)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(zhì)泥巖為主，夾薄層細(xì)砂巖。巖石結(jié)構(gòu)致密，呈塊狀，節(jié)理裂隙不發(fā)育，泉水少見(jiàn)。富水性極微弱，屬相對(duì)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?yōu)榛液谏泻駥訝钌百|(zhì)泥巖，底部時(shí)夾1～3層透鏡狀鈣質(zhì)粉砂巖，局部見(jiàn)流紋質(zhì)凝灰質(zhì)泥巖和霏細(xì)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(zhì)泥巖為主，下部時(shí)相變?yōu)榧?xì)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(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r，上部以燧石灰?guī)r為主夾生物灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r;底部以泥質(zhì)灰?guī)r為主夾生物灰?guī)r、含燧石灰?guī)r，為主要的含水層。

1.4 經(jīng)畬組(C2j)

礦區(qū)深部均有存在。厚度176m。由磁鐵礦體夾薄層火山巖、砂質(zhì)泥巖和砂巖組成。裂隙不發(fā)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(xì)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(fēng)化裂隙水，局部含構(gòu)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(fēng)化帶孔隙裂隙水，是礦區(qū)I號(hào)溝和II號(hào)溝的發(fā)源地和地下水側(cè)向補(bǔ)給來(lái)源。另一方面，由于其深部厚大、新鮮完整隔水，因而成為礦區(qū)東、南、西三面阻隔區(qū)域地下水進(jìn)入礦區(qū)的屏障。

2 礦區(qū)斷層充水性分析

礦區(qū)內(nèi)的斷層主要有 F1斷層，F(xiàn)2'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(qū)東部隔水邊界。67線(xiàn)以南傾向北西，屬?gòu)埿哉龜鄬?，破碎帶較發(fā)育，由泥巖、砂巖、石英脈及泥質(zhì)物組成，除局部見(jiàn)石英脈穿插外，多為松散無(wú)膠結(jié)狀態(tài)，故體現(xiàn)出較強(qiáng)的導(dǎo)水性;67線(xiàn)以北表現(xiàn)為逆斷層，破碎帶窄小，但也具有一定的導(dǎo)水性。

2.2 溪馬河斷層

本斷層屬弱透水?dāng)鄬樱哂形⑷跖判沟V區(qū)地下水作用。在經(jīng)畬?zhuān)瓧冀M灰?guī)r地組接觸的斷層帶則漏水比較明顯，說(shuō)明受斷層影響的灰?guī)r導(dǎo)水性較強(qiáng)。

2.3 F2斷層

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

2.4 F3斷層

斷層上、下盤(pán)巖性較破碎，呈糜棱狀，破碎帶巖石多有膠結(jié)，勘探水文地質(zhì)資料證實(shí)其西段是導(dǎo)水的，勘探期間有3個(gè)鉆孔穿過(guò)F3斷層時(shí)發(fā)生承壓涌水現(xiàn)象，說(shuō)明F3是富水、導(dǎo)水?dāng)鄬印?/p>

2.5 F20斷層

分布在西礦段中部，呈北北西走向。上下盤(pán)巖石破碎較強(qiáng)烈，擠壓鏡面與擦痕發(fā)育，表現(xiàn)弱導(dǎo)水一阻隔水特征。

具體參見(jiàn)圖1、圖2。

3 礦區(qū)地下水疏干情況分析

3.1 礦區(qū)地下水疏干的現(xiàn)狀

礦區(qū)疏干放水(試驗(yàn))先通過(guò)鉆探水文觀測(cè)孔、修復(fù)水文觀測(cè)孔并安裝水文觀測(cè)孔監(jiān)測(cè)儀器、鉆探疏干試驗(yàn)放水鉆孔等基礎(chǔ)工作為疏干放水作準(zhǔn)備。同時(shí)完成地表水滲漏監(jiān)測(cè)、疏干水位監(jiān)測(cè)和礦井排水量監(jiān)測(cè)等輔助工作，在礦坑排水能力形成后，再轉(zhuǎn)入深部疏干試驗(yàn)或全面疏干工作，以便達(dá)到礦床安全疏干目的。

3.1.1 疏干前技術(shù)的準(zhǔn)備和水文設(shè)施的建立

1)預(yù)防地表水滲漏及滲漏量監(jiān)測(cè)

根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，為預(yù)測(cè)溪馬河等地表水體滲漏補(bǔ)給，在溪馬河等8處設(shè)立堰流自動(dòng)監(jiān)測(cè)滲漏設(shè)施。2007年底在溪馬河上建成6個(gè)堰流、1號(hào)溝上建成2個(gè)堰流、崎瀨泉建成1個(gè)堰流，并安裝超聲波水位計(jì)，實(shí)現(xiàn)流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)，為礦床疏干過(guò)程中是否發(fā)生地表水體滲漏補(bǔ)給礦坑等情況提供科學(xué)依據(jù)。

2)地下水水位監(jiān)測(cè)

通過(guò)野外調(diào)查與研究，使用13個(gè)適合進(jìn)行地下水水位監(jiān)測(cè)的老鉆孔。2007年10月至2008年5月用掃孔、洗孔等辦法修復(fù)了10個(gè)水文觀測(cè)孔，新鉆探一個(gè)水文孔。并安裝了水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，開(kāi)始地下水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)。觀測(cè)孔大多布置在礦區(qū)含水帶上，動(dòng)態(tài)變化反應(yīng)靈敏，可觀測(cè)到礦坑突水期間水位下降情況，還可監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)疏干過(guò)程水位變化及疏干漏斗形態(tài)情況，以及觀測(cè)了解礦坑疏干、涌水過(guò)程地下水的水力聯(lián)系及水源補(bǔ)給情況，為水害治理提供決策依據(jù)。

圖1 馬坑礦區(qū)構(gòu)造綱要圖

圖2 A－A'剖面圖

3)礦井排水量監(jiān)測(cè)

2007年7 月在412硐口安裝了超聲波水位計(jì)，以記錄+420m、+300m水平井巷涌水量。在東回風(fēng)井、2#膠帶斜井及西回風(fēng)井等地段安裝堰流，同時(shí)在專(zhuān)用進(jìn)風(fēng)井、副井、措施豎井、3#膠帶斜井地下水排水口處安裝水表，監(jiān)測(cè)排水口流量數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)礦井日常及疏干試驗(yàn)過(guò)程的地下水涌水量，統(tǒng)計(jì)礦坑井巷排(涌)水量，為正式疏干放水測(cè)算疏干水量及疏干時(shí)間提供數(shù)據(jù)。

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(gè)觀測(cè)孔水位均在下降。經(jīng)測(cè)算，正常情況下水5雙孔抽水量約5 000m3/d。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)時(shí)全礦區(qū)地下水排水量在30 000m3/d左右。由于井巷突水，礦區(qū)已經(jīng)開(kāi)始緩慢疏干，礦區(qū)地下水位已下降50多米。水5雙孔抽水實(shí)際上是進(jìn)行大型的非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，試驗(yàn)表明:水5抽水能有效地降低礦區(qū)地下水位，起到疏干降壓的作用。它能揭示現(xiàn)階段馬坑鐵礦區(qū)地下水賦存及運(yùn)移規(guī)律。及時(shí)收集整理抽水孔及觀測(cè)孔水位動(dòng)態(tài)資料，以便分析礦區(qū)地下水水力特征及計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)，指導(dǎo)下階段礦床疏干放水工作，為全面疏干提供經(jīng)驗(yàn)。

5)在+360m水平開(kāi)展疏干試驗(yàn)

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

3.1.2 目前礦坑地下水的運(yùn)移規(guī)律及地下水動(dòng)態(tài)規(guī)律

1)以斷裂帶涌水為主

自2007年5月開(kāi)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(fā)生十幾起突水或涌水事件，突(涌)水標(biāo)高在+200～+300m左右，突水段巖性有砂巖、泥巖、灰?guī)r和花崗巖等，以斷裂破碎帶突水類(lèi)型為主，涌水量大約在80～200m3/h，發(fā)生過(guò)淹井、淹巷道、嚴(yán)重影響生產(chǎn)、造成經(jīng)濟(jì)損失等危害。

2)礦區(qū)地下水位明顯緩慢下降

由于不斷地抽排涌(突)水點(diǎn)的地下水，消耗了礦區(qū)一小部分靜儲(chǔ)量，致使礦區(qū)鉆孔的地下水位標(biāo)高從2007年年底的+450m降到2008年年底的+400m左右，全礦區(qū)地下水位下降了50m，據(jù)10個(gè)水文觀測(cè)孔統(tǒng)計(jì)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(lián)系明顯，補(bǔ)給范圍較廣

突水期間礦區(qū)周邊的水文孔的水位也略有下降，水位下降顯示出礦區(qū)地下水水力聯(lián)系較明顯，雖補(bǔ)給范圍較廣，但預(yù)測(cè)礦床是可以疏干的。

3.2 礦區(qū)地下水疏干面臨的幾個(gè)問(wèn)題

3.2.1 開(kāi)拓工程量大地下水疏干工作尤為重要

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

3.2.2 意外突水增多，防范難度增大

由于礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水量豐沛，斷層巖溶發(fā)育。井巷開(kāi)拓時(shí)可能通過(guò)斷層、裂隙、巖溶與含水體溝通發(fā)生意外的突水事故。深部地質(zhì)情況的多變性，推測(cè)資料難以準(zhǔn)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(qū)內(nèi)巷道的掘進(jìn)進(jìn)度，因此，礦區(qū)面臨著怎樣加快地下水疏干速度這一問(wèn)題。

3.2.3 礦區(qū)地下水疏干設(shè)施應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)

自從2008年9月2日水5孔抽水以來(lái)，礦區(qū)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(duì)礦區(qū)內(nèi)地下水疏干設(shè)施做好維護(hù)工作。如:加強(qiáng)水5設(shè)備和13個(gè)水位監(jiān)測(cè)設(shè)施及8個(gè)流量監(jiān)測(cè)設(shè)施的維護(hù)等。

4 礦區(qū)地下水疏干的探討

礦區(qū)地下水問(wèn)題解決不好，在地下巷道中的掘進(jìn)是非常危險(xiǎn)的。馬坑鐵礦處于一個(gè)巖溶和構(gòu)造較發(fā)育的礦區(qū)，地下水的威脅是比較大的。做好礦區(qū)地下水疏干工作無(wú)論從水文地質(zhì)工作還是安全生產(chǎn)的角度來(lái)看，都是很有必要的。

4.1 合理疏干礦床地下水

礦區(qū)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(lián)合疏干方法，繼續(xù)加大疏干放水量，鞏固并擴(kuò)大水5孔抽水降壓的成果。尋找礦坑地下水最為富集的強(qiáng)徑流帶，合理設(shè)計(jì)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(jiān)持動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與水情分析

認(rèn)真細(xì)致地做好溪馬河礦區(qū)段流量監(jiān)測(cè)，判斷鑒別滲漏具體位置及滲漏量。同時(shí)準(zhǔn)確地不間斷統(tǒng)計(jì)出礦井每一處日排(涌)水量。調(diào)整、保護(hù)并使用好13個(gè)水文觀測(cè)孔的監(jiān)測(cè)儀器，及時(shí)整理分析水位數(shù)據(jù)，為疏干防治水提供決策依據(jù)。堅(jiān)持做好礦區(qū)地表水及地下水動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)周報(bào)、月報(bào)，為疏干試驗(yàn)和礦坑突水提供較為可靠的地下水運(yùn)移特征及水源補(bǔ)給的分析資料。

4.3 做好礦區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)基礎(chǔ)工作

巷道水文地質(zhì)工程地質(zhì)編錄是礦區(qū)日常水文地質(zhì)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(jù)，尤其是疏干期間更要切實(shí)做好二期技改工程在掘巷道水文地質(zhì)編錄工作。利用水5孔抽水資料，編制礦區(qū)地下水水位曲線(xiàn)圖、等水位線(xiàn)圖、疏干漏斗(形態(tài))剖面圖，用來(lái)指導(dǎo)下一階段的疏干防治水工作。同時(shí)利用好礦區(qū)近兩年來(lái)水文地質(zhì)工作成果，充分完善已繪成的礦區(qū)綜合水文地質(zhì)圖，以便指導(dǎo)今后的整個(gè)礦區(qū)水文地質(zhì)工作。

4.4 做好相關(guān)的水文地質(zhì)技術(shù)儲(chǔ)備

初步推測(cè)礦區(qū)地下水有補(bǔ)給水源，如果全面疏干有困難的話(huà)，必須考慮用帷幕注漿截流等方法堵截地下水的側(cè)向補(bǔ)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(shù)儲(chǔ)備。

[1]福建省地質(zhì)八隊(duì).福建省龍巖市馬坑鐵礦區(qū)西礦段詳細(xì)勘探地質(zhì)報(bào)告.1983.6.

[2]福建省一二一煤田地質(zhì)勘探隊(duì).福建省龍巖縣馬坑鐵礦區(qū)中礦段詳細(xì)勘探地質(zhì)報(bào)告.1976.

[3]王大純，張人權(quán)等.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ).地質(zhì)出版社.1995.6.第一版.

[4]福建省地質(zhì)工程勘察院，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢).福建馬坑鐵礦二期工程礦坑疏干預(yù)測(cè)工作方案.2006.7.

[5]張和應(yīng).關(guān)于礦床疏干前防治水工作的設(shè)想與建議.2008.7.關(guān)于近期礦區(qū)水文地質(zhì)工作的設(shè)想與計(jì)劃.2008.11.