霍邱县草楼铁矿矿床水文地质类型评价

廖海萍，孙协龙

（安徽金联地矿科技有限公司，安徽 合肥 230009）

霍邱县草楼铁矿（以下简称“草楼铁矿”）矿山已开采多年，通过对矿床水文地质条件调查，结合各个阶段获取的水文地质资料及目前矿山开采所采用的水害防治手段和成果等，对“草楼铁矿”的矿床水文地质类型进行调查评价，进而加强矿床水文地质的基础工作，有针对性的开展水害预测预报，采取有效的防治水手段或技术措施，确保矿山安全生产。同时为类似条件的周边矿山开展水害预测、采取防治水措施提供参考[1]。

1 矿床概述

“草楼铁矿”位于安徽省霍邱县的范桥镇境内。该矿于2004年7月主井副井开工建设，2009年技改后，自2010年开始，矿山300万t/年采选工程已全面投入使用，达到稳产。

本区地层区划属华北地层区，淮河地层分区。变质地质单元属华北太古～古元古变质地区，晋冀鲁豫晚太古变质地带，登封～霍邱区。赋矿层为新太古界霍邱群吴集组，属华北克拉通早前寒武纪地壳演化的产物，属嵩箕古陆南缘东西坳陷带中的南北向海槽条带状硅铁建造[2]。

2 调查评价方法

2.1 收集资料

全面收集和研究了区内已有的水文地质、工程地质、环境地质、矿井地质、矿区岩土勘察报告、地质钻孔、剖面以及矿产资源开采设计方案等相关资料。

2.2 野外调查

野外调查工作开展前，项目组集中研究了矿山水文地质条件，统一了调查方法、调查内容和技术要求，并以1：2000地形地质图做底图，进行现场调查勾画。调查时，对矿井地面竖井分布、排水口位置等情况作了现场调查；同时到井下对开采面出水情况、水仓和排水设备运行情况等进行了详细调查及取样、测试。

2.3 综合研究

在充分收集已有的资料及野外调查的基础上，对各项资料进行综合整理、分析研究，对矿井水文地质类型进行综合划分，提出有效防治水措施和建议。

3 矿山开采充水性与防治水工作

因矿山的建设和开发活动，干扰了地下水圈的自然运动规律，因此水文条件评价须紧密结合采矿活动。在评价过程中，首先考虑客观存在的水文地质条件，同时结合矿山防治水工作进行水文地质条件研究[3]。

3.1 矿山开采充水性分析

3.1.1 矿井充水源和充水通道分析

（1）矿井历年涌水量。

草楼铁矿的矿井水由采空区充填的尾砂固结所排的水、生产用水和基岩裂隙含水层水组成，根据长期观测结果，尾砂固结所排的水量约占矿井总涌水量的87.5%。本次据-290m、-410m水仓排水情况巷道调查，各年份、月份矿坑排水量统计资料表明，矿山近三年平均涌水量约1400m3/d，夏季较冬季略有增大，总体涌水量较为平稳，最大涌水量约1678m3/d。预测未来开采过程中排水量不会有大的变化，随着采空区充填量增加，固结排水有一定增加。

（2）充水通道。

①断裂。矿区断裂构造不发育。矿床内主要断层只有一条，为北西向，倾向北东，倾角变化较大。该断层形成期很早，断层带胶结、充填较好。断层的导水作用一般。

②风化裂隙带。岩石风化程度受岩性等因素影响，随深度增加而减弱，在上部强风化带中大部分硅酸盐矿物已全部变为次生矿物，原岩褪色，岩芯一般呈土状、块状。弱风化带中风化裂隙发育，构造裂隙因风化作用而扩张，矿物不同程度地风化蚀变。此层岩石含有较弱的裂隙水，导水作用一般。

③基岩裂隙带。矿床内无大的的地表水体，第四系上部普遍见很厚（77.74m～100.50m，平均厚度为84.61m）粉质亚粘土，透水性差，故地表水和地下水之间水力联系微弱。矿山采矿方法为嗣后充填的分段矿房法，顶板不崩落。在距离第四系底部砂层较近的地段留设有50m的保护矿柱，矿坑直接充水因素为基岩裂隙带。由于相邻矿床及本矿床开采排水，基岩基本处于疏干状况。井巷工程揭露基岩裂隙含水层时，局部会出现滴淋水现象，水量较小（通常小于4m3/h），且很快疏干，表明基岩裂隙含水层是以消耗型静储量为主。基岩裂隙导水作用一般。

④封闭不良钻孔。矿山无需要封闭的不良钻孔。

3.1.2 矿井及周边老空区分布及积水状况

经调查，矿井周边无老空水。矿山现已充填90余个采空矿房（采用全尾砂胶结充填），充填率85%以上。采空区尾砂胶结充填后产生的固结排水随充填量的增加而增大，进而使矿井的总涌水量增加。经现场调查，固结排水沿排水沟排至水仓，排水沟中水量很少。巷道、未充填采空区基本无积水[4]。

3.1.3 采矿方式对矿井充水的影响

本铁矿埋藏于当地侵蚀基准面及地下水位之下，第四系上部普遍见很厚粉质亚粘土，透水性差。根据矿山初步设计，采矿方法为嗣后充填的分段矿房法，顶板不崩落。矿床顶板第四系以下预留50m防水矿柱（设计不予开采）。由于第四系粘性土及保护矿柱的阻隔，砂层中的地下水不能进入矿坑，矿山开采对矿井充水影响不大。

3.2 防治水技术手段与工程设施及实施效果状况

3.2.1 防治水技术手段

矿山防治水害技术一般分地表水防治技术和井下水防治技术。地表水防治技术方法一般有：河渠防渗、明沟排水、截洪导流及建闸设站等；井下水防治技术方法主要包括：井下探放水、注浆堵水、留设防水矿（岩）柱、突水预测预警以及井下设施（水仓、泵站、管道系统）防水等。

“草楼铁矿”采用的防治水措施有：

（1）地表水防治。区内分布有水塘、沟渠等地表水体，矿区实施的技术手段主要有明沟排水、截洪导流等措施。

（2）井下防治水。本矿采取的防治水技术手段主要是井下防治水技术，已实施的技术手段包括：留设足够高度的防水矿柱（矿床顶板第四系以下预留50m防水矿柱），设施排水（设置水仓、泵站、排水管道系统），超前探水等[5]。

（3）在各中段石门处设置防水门。

3.2.2 工程设施及实施效果

烟苗剪叶器的总体结构如图1所示。其主要由电机、壳体、切刀、集叶网袋和消毒容器等零部件组成。电机为40W的单向交流电机，启动后带动切刀旋转，切削烟苗；壳体上设有“U”型把手，用于手持操作；壳体内腔设置两片形状为“L”形的切刀，安装在电机轴上，高速旋转时，由于离心力的作用而产生吸力，将剪切掉的烟苗碎叶吸入壳体内送入集叶网袋；消毒容器安装在壳体上，打开其上开关，容器内消毒液即滴入高速旋转的切刀上，形成雾状，对切刀进行全覆盖消毒；集叶网袋套在剪叶器的出风口上，用于收集作业时产生的碎叶。

“草楼铁矿”防治水工程设施主要有：防水矿柱、水仓、泵站、排水管道以及地面出水口水池等。矿井建有二级排水系统，在-290m、-410m水平处各设一个井底水泵房和二个水仓，排水现状：-290m、-410m各中段每天开泵4小时（每台泵2h，二台泵共4h），矿井排水能力富足有余。

综上所述，本矿排水设施完备，水仓容积、水泵能力、回路供电等的设计标准，符合相关规定。排水设备系统维护保养好，排水能力满足矿井排水需要。矿山防治水工作较为简单，易于进行。

4 矿床水文地质类型评价

按照“受采掘破坏或影响的含水层（组）及水体”、“矿井及周边老空水分布状况”、“矿井涌水量”、“突水量”等要求，对矿井水文地质类型进行综合划分。

4.1 受采掘破坏或影响的含水层及水体

根据初步设计，采矿方法为嗣后充填的分段矿房法，顶板不崩落，矿床顶板第四系以下预留50m防水矿柱（设计不予开采）。由于第四系粘性土及保护矿柱的阻隔，砂层中的地下水不能进入矿坑，因此，矿山开采对第四系含水层（组）影响不大。

4.2 矿井及周边老空水分布情况

矿井周边无老空水。矿山现已充填90余个采空矿房，充填率85%以上，其它未充填采空区基本无积水。

4.3 矿井涌水量

据-290m、-410m水仓排水情况巷道调查统计，矿山近年正常涌水量Q=58.3m3/h，最大涌水量Q=70m3/h，均＜180m3/h。

4.4 矿井突水量

矿井历年来未发生突水事故。

4.5 开采受水害影响程度

4.6 防治水工作难易程度

矿山防治水工作较为简单。

5 评价结果

经对矿区水文地质条件、矿井历年涌水量情况的调查及分析，结合矿山包括排水系统在内的生产系统运行情况，可以得到以下认识：①本矿床为隐伏矿床，矿体处在当地最低侵蚀基准面和地下水水位以下。②本矿床属于裂隙水充水矿床，吴集组中深变质岩为直接充水含水层，含水介质为片麻岩、片岩、混合岩夹大理岩等，裂隙总体不发育，富水性弱；间接充水含水层有古风化带裂隙含水层，含风化裂隙水，其富水性较弱。③矿区第四系孔隙水分布广泛，但该层下部为含砾黏土和泥砾层，是霍邱地区的区域性隔水层，也是本矿床的重要隔水层位。④据矿坑排水量统计，矿床实际平均日排水量在665m3/d～1362m3/d之间；夏季稍大，冬季略小。最大月均日排水量1678m3/d；从历年平均日排水量曲线看，水量动态变化总体平稳。⑤矿山排水系统设计规范，设施完善，运行正常；矿山高度重视防治水工作，超前探水等防水措施执行严格。

综上所述，根据现有资料分析和矿山实际排水情况，“草楼铁矿”现阶段矿床水文地质类型可判为简单。

6 防治水措施及建议

6.1 防治水措施

本矿排水设施完备，水仓容积、水泵能力、回路供电等的设计标准，符合相关规定。基于排水设备系统维护保养好，现状排水能力满足矿井排水需要，今后深部开采，须保持现有排水设施及排水系统，备用水泵不能拆除。矿山开采要严格按开采设计进行回采，严格控制回采上限，留设足够的防水矿柱，并确保阶段深孔采矿嗣后全尾砂充填质量。

继续做好第四纪地下水、基岩水、疏干排水记录，在构造裂隙发育段要做好超前探水工作。

6.2 建议

（1）建议每年5月底以前对水泵、水管、闸门、排水用的配电设备和输电线路进行全面检查和维护，保持可靠运行。清挖水仓，并对全部工作水泵和备用水泵进行一次联合排水实验。

（2）做好掘进巷道的水害预测预报。对于富水性不明确的区段，坚持施工过程中的探放水，采取边探边掘的方式作业。

（3）开采过程中，在矿井边界附近进行采掘活动时及时与相关矿沟通，达到资料共享，随时掌握与相邻矿井采掘关系的进展情况。

（4）完善矿山应急救援预案措施，建立相应的水文地质台账及防治水管理制度。

7 结论

经过对霍邱县草楼铁矿矿床水文地质类型评价，为矿山今后开展水害预测预报、采取有效的防治水措施提供指导。在具体工作中，依据实际，结合防治水措施，提高防治效率，确保矿山安全生产。同时为类似条件的周边矿山开展水害预测、采取防治水措施提供参考[6]。