睢棟超,黃志強(qiáng),任鴻飛

(河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì),河南 洛陽(yáng) 471002)

0 引言

隨著人類的對(duì)鋁土礦資源不斷開(kāi)發(fā),開(kāi)采逐漸從地表走向地下,由淺部走向深部。華北地區(qū)的鋁土礦由于其特殊的賦存層位,不可避免地要受到地下水的威脅,因而,在勘探深部鋁土礦的同時(shí)加強(qiáng)水文地質(zhì)工作就顯得尤為重要,本文一方面從安全生產(chǎn)的角度評(píng)價(jià)對(duì)底板突水進(jìn)行評(píng)價(jià),另一方面對(duì)疏干治水方案進(jìn)行簡(jiǎn)要設(shè)計(jì),并對(duì)成本進(jìn)行核算,最終評(píng)價(jià)地下水對(duì)鋁土礦經(jīng)濟(jì)價(jià)值的影響,為礦業(yè)權(quán)評(píng)估提供依據(jù)。

1 礦床治水的必要性

1.1 底板突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)：

實(shí)測(cè)及研究表明,礦層底板在開(kāi)采條件下,由于受到礦壓及巖承壓巖溶水的共同作用,自上而下分為三個(gè)帶：礦壓對(duì)底板的破壞帶、具有阻隔水能力的有效保護(hù)帶和巖溶承壓水導(dǎo)升帶。

1.1.1 礦壓對(duì)底板破壞深度(h1)

礦壓對(duì)底板破壞深度主要與巖石的堅(jiān)固性系數(shù)、工作面寬度、開(kāi)采深度及煤層傾角等因素有關(guān)。根據(jù)吳慧芳、段云水的經(jīng)驗(yàn)公式：

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

式中：h1為底板礦壓破壞深度;L為工作面傾斜長(zhǎng)度;H為礦層開(kāi)采深度;f為底板巖層的堅(jiān)固系數(shù);a為巖層傾角(rad)

其他有關(guān)參數(shù)的選取說(shuō)明見(jiàn)下表 1：

表1 參數(shù)選取表

1.1.2 巖溶承壓水導(dǎo)升高度(h3)

段店鋁土礦的直接底板為鋁土質(zhì)泥巖隔水軟巖,原始導(dǎo)高存在與否,受井田內(nèi)水壓與井田小構(gòu)造發(fā)育程度有密切關(guān)系,一般來(lái)說(shuō),對(duì)于無(wú)構(gòu)造擾動(dòng)的鋁土質(zhì)泥巖來(lái)說(shuō),原始導(dǎo)高一般都很小,由于資料所限,我們?nèi)】倢?dǎo)高 h3=0。

1.1.3 突水系數(shù)

計(jì)算公式：

式中：TS-突水系數(shù)(Mpa/m)

P-隔水層承受的水壓(MPa)

h2-有效隔水層厚度h2=M-h1-h3對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析,開(kāi)采過(guò)程中在礦山壓力作用下,底板破壞深度大部分將大于隔水層厚度,導(dǎo)致寒武系灰?guī)r巖溶水直接與礦層連通,造成底板水涌入開(kāi)采巷道;尚且存在有效隔水層的地段突水系數(shù)大多在 0.5以上,最小為 0.1,全部為威脅區(qū)或突水危險(xiǎn)區(qū)。

1.2 頂板水害評(píng)價(jià)

礦區(qū)太原組埋深比較淺,多在 130米以淺,構(gòu)造位置處于梁洼向斜的東南翼,巖溶發(fā)育條件比較好,就目前勘探資料顯示,太原組含水層滲透系數(shù)為 13.97 m3/d,單位涌水量5.587 m3L/s.m,屬于極富水含水層,統(tǒng)計(jì)資料顯示,70%的鉆孔揭露本礦段礦層直接與太原組第一層灰?guī)r接觸,其它30%的隔水頂板多在 3m以下,采礦過(guò)程中在礦山壓力作用下也勢(shì)必將失去阻水能力,甚至?xí)缏湎聛?lái)。不言 而喻,礦層頂板水也將是礦山開(kāi)發(fā)的一大威脅。

綜上所述,有必要在礦床開(kāi)采前對(duì)礦層頂、底板地下水進(jìn)行治理。

2 礦床疏干治水方案

2.1 礦床疏干時(shí)間、疏干流量計(jì)算：

由泰斯公式看出,在導(dǎo)水系數(shù) T、壓力傳導(dǎo)系數(shù) a、抽水井半徑 r一定的情況下,泰斯公式就成了時(shí)間與流量的函數(shù)。

利用此公式可解答一給定時(shí)間內(nèi)礦床疏干所要的原量。

表2 礦床疏干計(jì)算參數(shù)選取表

表3 礦床疏干計(jì)算參數(shù)選取表計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表3：

表3 礦床疏干流量表

2.2 疏干治水成本概算

計(jì)算按礦井井巷開(kāi)拓時(shí)間為三年左右,即需要在三年左右(取 1157天)的時(shí)間內(nèi)把地下水位疏降到礦層底板以下。計(jì)算結(jié)果及說(shuō)明見(jiàn)表 4：IV號(hào)主礦體面積 0.89 km2,儲(chǔ)量 300多萬(wàn)噸,按現(xiàn)行價(jià)格200元/噸算,價(jià)值約 6億元人民幣,排水費(fèi)用將使 IV號(hào)主礦體的開(kāi)采額外增加 7.64%的開(kāi)采成本。

表4 礦床疏干治水成本概算表

3 結(jié) 論

利用目前的勘探資料,通過(guò)對(duì)礦層底板水突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià),得出在礦床開(kāi)采階段受底板水威脅的結(jié)論,并對(duì)疏干治水所用的水量及疏干時(shí)間以及對(duì)疏干治水方案的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用進(jìn)行了概算。得出地下水將大大地削減王家礦段(IV號(hào)主礦體)鋁土礦的經(jīng)濟(jì)價(jià)值;未來(lái)礦業(yè)權(quán)評(píng)估中,開(kāi)采地質(zhì)的復(fù)雜程度將對(duì)礦床的價(jià)值產(chǎn)生極大的影響。

[1]《河南省魯山縣段店礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)補(bǔ)充詳查報(bào)告》,河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì),2007;

[2]陳崇希等《地下水動(dòng)力學(xué)》,地質(zhì)出版社,1999;

[3]薛禹群等,《地下水動(dòng)力學(xué)》,地質(zhì)出版社,1997;

[4]吳慧芳、段云水等,《采用“下三帶”理論計(jì)算法開(kāi)采受承壓水威脅煤層的探討》煤炭企業(yè)管理,2002.6。

[5]中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局,《中華人民共和國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目設(shè)計(jì)預(yù)算暫行標(biāo)準(zhǔn)》,中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局,2000.2;

[6]國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局,《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》,1991.10;