基于马坑铁矿深部开采的地下水动态监测完善方案

2024-07-03 15 上传者：管理员

摘要：为解决马坑铁矿深部开采地下水监测存在检测效果不佳的问题，根据水文观测孔布置原则及涌水量实际监测需要，通过新增7个水文观测孔、5个涌水量观测站，并结合原有水文观测孔，建立了地表与井下联合的地下水自动监测系统，实现了对矿区地下水动态变化的实时监测，为矿区防治水提供可靠预测预报基础。

关键词：
地下水自动监测系统
水文观测孔
深部开采
矿山开采
马坑铁矿
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在矿山开采过程中，地下水监测网扮演着关键角色，直接关系到矿山安全和环境可持续性。矿山地下水系统的动态性和复杂性对监测提出了挑战，传统监测网可能因数据缺乏、布点不合理等因素导致监测效果不尽如人意。

本文旨在完善马坑铁矿地下水监测网，采用新增水文监测孔、涌水量观测站及搭建地下水自动监测系统为手段，克服矿区地下水监测设备的技术限制、控制方案的不足以及监测点破坏等方面的困难，以实现对地下水动态变化的实时监测。本文对于指导矿山安全开采具有重要意义，同时也关乎地下水资源的科学管理与保护[1]。

1、概况

马坑铁矿属顶板岩溶水直接充水的大水矿床，地下水水量丰富，随着矿山开采深度的不断延伸，矿区岩溶水位出现显著的降低，保证了矿体开采安全进行的同时也增加了对矿区地下水动态变化监测的难度[2]。

2、地下水监测网现状及存在问题

2.1 地下水监测孔及岩溶水水位现状

马坑铁矿建立了一个包括13个地表水文孔监测点的地下水监测系统，其中包括水2、ZK76、ZK62、观9、ZK6710、ZK6911、ZK559、ZK637、ZK614、ZK6710、ZK557、观7、观5。自2008年开始进行岩溶水疏干以来，矿区岩溶水位明显下降，从+434 m至+564 m降至目前的+11 m至+110 m；然而，由于水位自动监测设备的探测深度有限，矿区岩溶水埋藏深度的不断增加，导致部分钻孔无法满足日常监测需求。此外，由于孔斜、孔径、采空塌陷和深部溶洞坍塌等原因，部分钻孔发生了事故，目前仅有6个地下水观测孔仍能正常使用，随着深度的增加，可用地下水观测孔还将进一步减少。地下水监测孔使用现状见表1，分布现状见图1。

表1 矿区地下水监测孔使用现状一览表

图1 矿区地下水监测网分布图

2.2 地下水动态监测存在问题

了解疏干漏斗状态、矿区水文地质条件的变化以及矿坑充水来源和通道，地下水水位动态资料在这方面扮演了至关重要的角色。通过对上述地下水监测孔和岩溶水水位现状的观察可以看出，目前马坑铁矿矿区地下水监测面临一系列的挑战。

(1)F10东部缺乏监测孔，作为岩溶水主要补给区无法将补给通道和水力联系结合起来。

(2）矿区监测点的不足将无法查明岩溶水疏干漏斗的形态，制约了矿区地下水监测的预测预报工作。

(3)F10断层北部缺少监测点控制，增加了深部开采的水力联系不确定性。

(4）溪马河断层的充水、导水作用及矿区内部岩溶水的水力联系尚未完全查明，为矿区安全开采带来重大隐患。

(5）未实现地下水动态变化的自动监测，手动读取不仅耗时耗力，还制约了预测预报能力的提升。

(6）各中段未建立涌水量自动观测站实时监测各中段涌水量动态变化。

以上一系列问题凸显了对矿区地下水监测系统完善的紧迫性，提升其实用性和可靠性，能更有效地对矿区地下水动态变化准确而及时地分析与预测。

3、地下水监测系统完善方案

基于对矿区岩溶水系统补给、径流、排泄特征的分析，针对马坑铁矿地下水动态监测存在的问题，根据新增水文观测孔布孔原则及涌水量自动监测需要[3]，充分利用现有深部探矿孔新增7个水文观测孔（孔口自流采用自记式水压表），同时在各中段水仓入口处新建5座涌水量自动观测站，详细的监测目的见表2，结合已有6个水文观测孔建立地表与井下联合的综合地下水监测系统，分布情况见图1，旨在为矿山地下水动态变化的实时掌握、地下水灾害的防范以及预测预报提供科学依据[4]。

地表与井下联合的综合地下水监测系统包括水位水温传感器或数字水位计、数据采集传输单元和供电系统。采用Solinst水位监测仪[5]、水温自动记录仪或ZTEC-260数字水位计，悬挂于地下水监测井或放置于开挖好的排水沟中，实施对地下水动态的现场原位连续自动监测。系统通过市电或太阳能供电，通过光纤或无线通讯技术实现与中心监控平台的数据传输和远程控制，见图2。

表2 完善后地下水监测网一览表

图2 地下水自动监测系统设备及工作原理图

4、结论及建议

(1）本文依据合理的布孔原则，充分考虑了马坑铁矿矿区地下水的分布特点，新增的水文观测孔、涌水量观测站结合原有水文观测孔搭建的地表与井下联合的综合地下水自动监测系统，为全面掌握地下水动态变化规律提供了可靠数据，为矿区深部开采岩溶水分区治理提供了指导依据，同时对及时发布预测预报信息和科学管理地下水资源具有积极的意义。

(2）矿区在安全生产的同时一直进行疏干降水，因此有必要在矿区内持续进行水文地质研究工作，以合理完善矿区地下水监测系统。

参考文献:

[1]陈小兵.马坑铁矿控制疏干法治理水害实践[J].采矿技术,2022,22(02):80-84+1.

[2]王宁涛,谭建民,闫举生等.矿区地下水监测与预警系统研究——以福建省龙岩市马坑铁矿为例[J].安全与环境工程,2011,18(01):95-100.

[3]杨闪,张晶,郝海强.复合型矿山水文地质条件及矿坑涌水量研究[J].矿产勘查,20,14(07):1250-1258.

[4]陈彦美.南方岩溶金属矿区地下水防治理论与实践[D].中国地质大学,2014.

[5]安宗强,徐志京.基于Solinst Levelogger3001水质参数采集处理系统的研究[J].电设计工程,2012,20(02):100-103.

文章来源:董军庭.基于马坑铁矿深部开采的地下水动态监测完善方案[J].福建冶金,2024,53(04):5-8.