山东会宝岭铁矿矿井水害分析与防治措施

石绍飞 刘允秋 尹 裕

(1.山东能源临矿集团会宝岭铁矿；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

会宝岭铁矿矿床产于变质岩系岩层中，为隐伏矿体，矿体呈陡倾斜层状分布，矿体走向NW279°～284°，北翼①#、②#矿体倾向SW，倾角81°～88°，局部直立或倒转；南翼①#、②#矿体倾向NE，倾角63°～75°，局部较缓[1-2]。矿体顶部西端埋深34.82 m，向东侧向倾伏，并隐伏于盖层之下，矿区内盖层较厚。区内矿体的主要充水含水层为二青山组灰岩、石英砂岩岩溶裂隙水。含水层下分布有黑山官组断续不稳定的页岩，隔水性较好，不整合于黑云变粒岩或矿体之上，二青山组石英砂岩含水层通过不稳定的黑山官组页岩段对矿床坑道开采起到一定的直接充水作用[3-4]。矿体顶板围岩岩性为黑云变粒岩，岩石坚硬，岩体较完整，裂隙较发育，含水性差，对深部矿床坑道开采、充水不会造成较大影响。由于上部矿体与盖层石英砂岩含水层呈不整合接触，盖层含水层中的水易直接溃入采矿坑道，对坑道产生充水危害。根据矿区钻孔揭露情况，可知矿层均较完整，为防止地下水直接溃入坑道，开采时上部矿体均应留设一定厚度的防水保安矿柱，特别是在F3断层附近，即南北矿带的12#线附近应加大预留防水保安矿柱的厚度，以防盖层地下水直接溃入坑道。矿床内分布有2条断层，含水微弱，围岩含水性极弱，断层延伸规模较小，均未沟通地表水体，因此矿区构造对矿床开采不会直接造成水害威胁。为确保该矿安全开采，本研究结合矿床涌水量实测数据，对矿区水文地质条件进行分析，并对相应的水害防治措施进行探讨。

1 矿区水文地质条件

2016年全年以及2017年1—4月矿井涌水量实测数据(表1、表2)表明，矿井涌水量主要由主井、副井、进风井、西出风井、东出风井、斜坡道、-60 m水平、-130 m 水平、-430 m水平的涌水构成，矿井总涌水量为407.7～517.2 m3/h，平均为464.2 m3/h，2017年1—4月矿井涌水量稳定于508.9 m3/h左右。

表1 2016年会宝岭铁矿矿井涌水量实测结果

m3/h

观测时间-60m水仓-60m水平斜坡道-601m水仓主井副井-480m水平-535m水平-601m水平-430m水仓-340m总水平西出风井-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

续表

表2 2017年1—4月会宝岭铁矿矿井涌水实测结果 m3/h

续表

副井井筒施工-624.6～-659.3 m标高段，围岩较破碎，在井底(标高为-622 m)进行凿岩作业时，有3个钻孔出水，实测井筒涌水量为102 m3/h。经研究，在现场首先将涌水强排至底，测量出的工作面涌水量约20 m3/h。2012年1月14日，东出风井井筒掘进至井深75.7 m(绝对标高-15.4 m)处，井筒涌水量增大至256.6 m3/h，后经井筒壁后注浆，根据4个0°检查孔和1个中心检查孔的单孔涌水量(1.2 m3/h)，预测注浆段掘进期间的漏水量应小于15 m3/h(不含上部井壁出水)。矿井正常涌水量为492.8 m3/h，最大涌水量为630.8 m3/h，井下最大突水量为256.6 m3/h，矿井水文地质条件类型为中等型。

2 矿井防治水措施

(1)提升矿井排水能力。本研究根据矿井正常涌水量492.8 m3/h和最大涌水量630.8 m3/h来计算矿井排水能力。目前，矿井安装有4台MD450-60×10型水泵，水泵额定排水能力为450 m3/h。矿井正常涌水时，24 h的涌水量为11 827.2 m3；矿井最大涌水时，24 h的涌水量为15 139.2 m3。1台水泵工作20 h排出的水量为9 000 m3，可见需要2台水泵同时工作方可满足井下不同时期的排水要求。若矿井涌水量持续增加，进一步增加水泵数量，能够有效排除矿井涌水。

(2)设置截水槽排放分流水量。井筒施工至-612 m 水平时出水，实测井筒总涌水量为57.9 m3/h，凿井作业困难，作业循环时间为正常施工时的2倍。在副井-601.7 m马头门以上井壁设置了2道截水槽，通过-601 m水平粉矿回收巷道由主井侧排放20 m3/h分流水量，副井井筒得以强行穿过本段弱含水层。

(3)强排水并注浆。副井井筒施工至-624.6～-659.3 m标高段，围岩较破碎，为黑云变粒岩，岩石坚硬，性脆，有花岗岩脉和石英团块侵入，岩体破碎，易掉块，地质条件差。2016年8月20日夜班，在井底(标高为-622 m)进行凿岩作业时，有3个钻孔出水，且水压大，水泵排水效果不佳，导致无法继续施工，经实测井筒涌水量为102 m3/h(不包括分流水量20 m3/h)。为防止涌水淹井，采取了强排水应急救援方案，安装了1台排水能力为50 m3/h 的卧泵，使用2台卧泵进行排水，同时对-601.7 m 马头门往下至标高-620 m区段进行了井壁壁后注浆，实现了对涌水的有效控制。

(4)工作面预注浆和壁后注浆。东出风井井筒施工至标高13.5 m时，从井壁西侧出水，通道为裂隙，宽0.2 m，长1 m，实测涌水量为80 m3/h。经分析，确定采取打疏干井和井筒工作面预注浆的治水方案[5-7]。在西侧距井筒中心8 m处施工完成两眼降水井，降水井井深55 m，下入钢管安装潜水泵实施疏干降水，但效果不明显，未达到原定目标。考虑到井下水路难以预测，为避免延误井筒施工工期，采取了工作面预注浆和壁后注浆的治水方案[8-10]，方案实施后经检查孔检测，井筒出水量小于10 m3/h，基本达到预定的治水目标。

3 建 议

(1)进行水文补充勘探。矿区虽然在勘探阶段和建井初期阶段开展了一定的水文地质工作，取得了丰富的矿井开拓期的水文地质资料，但仍无法满足确保矿井安全开采的要求。现阶段，仍然无法有效掌握矿井主要充水含水层的分布特征、岩溶裂隙发育情况、富水性情况以及断层导水性特征。因此，有必要进一步加强补充勘探工作，为矿井涌水防治提供可靠依据。

(2)构建矿井水文观测系统。目前，矿井已经进行了一定工程量的建设，但尚未建立矿井水文地质观测系统，实现对矿区持续、稳定的水文地质观测是亟需开展的工作。

(3)加强井下巷道掘进超前探放水工作。目前矿井处于建井阶段，以巷道掘进为主体工程，在巷道掘进过程中，遇到断层时，应及时开展超前探放水工作，可采用三维高密度电法进行超前物探工作，在此基础上进行钻探验证工作。

(4)开展水文地质专题研究工作。矿区水文地质条件受控于地质条件，及时开展针对性的水文地质专题研究工作(如矿井构造分布特征及其对矿井水文条件的影响、含水层分布特征及其富水规律等)，为制定有效的矿井涌水防治措施提供有益参考。

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