河南省魯山縣段店礦區(qū)礦床充水因素分析

陳懷玉,溫志國(guó),睢棟超

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第二地質(zhì)大隊(duì),河南鄭州;2.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì),河南鄭州 450016)

河南省魯山縣段店礦區(qū)礦床充水因素分析

陳懷玉1,溫志國(guó)2,睢棟超2

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第二地質(zhì)大隊(duì),河南鄭州;2.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì),河南鄭州 450016)

通過(guò)對(duì)礦區(qū)有關(guān)資料的統(tǒng)計(jì)分析,從大氣降水地表水地下水老窯水構(gòu)造裂隙水等五個(gè)方面因素分析礦床充水因素。結(jié)合礦區(qū)實(shí)際,提出礦山開(kāi)采時(shí)應(yīng)采用聯(lián)合疏水法對(duì)充水水源 -上層灰 (砂)巖進(jìn)行疏干和下層灰?guī)r水進(jìn)行降壓,加大礦區(qū)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等突水防治的措施。

礦床充水因素;大氣降水;老窯水;構(gòu)造裂隙水;充水分析

河南省鋁土礦、氧化鋁、電解鋁產(chǎn)量穩(wěn)居全國(guó)第一,已成為我國(guó)重要的鋁工業(yè)基地。鋁工業(yè)的高速發(fā)展,需要基礎(chǔ)資源——鋁土礦的充分保障。隨著鋁土礦淺部易采資源的逐漸枯竭,深部開(kāi)采規(guī)模和范圍日益擴(kuò)大,礦床的開(kāi)采技術(shù)條件特別是水文地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜,這直接導(dǎo)致了開(kāi)采費(fèi)用的增加,開(kāi)采難度加大。因此詳細(xì)查明礦床充水因素,為礦業(yè)開(kāi)發(fā)規(guī)劃和開(kāi)采設(shè)計(jì)提供依據(jù),成為礦區(qū)水文地質(zhì)工作的重中之重。

1 礦區(qū)概況

礦區(qū)地形總的趨勢(shì)是北西高,南東低,西北部的震旦系,構(gòu)成了陡峻的低山地形,其高程約 300～600m,東、西及中部的寒武系、石炭系、二疊系地層及火成巖則多呈平緩的低山丘陵地貌,其高程 150～400m。

本區(qū)屬于典型的大陸性半干旱氣候,每年降雨多集中在7、8、9三個(gè)月,年降雨量 545.5～1419.4mm,多年平均降雨量為 856.6mm,最大日降雨量可達(dá) 198.7mm(2006年 6月25日 )。

本區(qū)為淮河水系,主要地表水體為石龍河,屬長(zhǎng)年性流水,從礦區(qū)中部流過(guò)。據(jù)朗店測(cè)站 1964年觀測(cè)資料,該斷面的流量 0.4～3.4m3/s,雨季最大洪峰流量 6.4m3/s,最大流速2.6m/s。

梁洼復(fù)式向斜系獨(dú)立的水文地質(zhì)單元 -自流盆地,其東南部由碳酸鹽巖構(gòu)成補(bǔ)給區(qū),西南部則由變質(zhì)巖、花崗巖構(gòu)成隔水邊界,向北為廣大的逕流區(qū)。礦區(qū)位居自流盆地的東南部,位于梁洼向斜水文地質(zhì)單元的補(bǔ)給徑流區(qū)上,分布有寒武系崮山組巖溶裂隙水、石炭系太原組灰?guī)r溶洞裂隙水和松散巖類(lèi)孔隙水。

2 礦床充水因素分析

影響礦床的充水因素很多,針對(duì)本礦區(qū)而言,主要有以下五個(gè)方面:

2.1 大氣降水

大氣降水的性質(zhì)、強(qiáng)度、連續(xù)時(shí)間對(duì)地下水位變幅、地表水流量變化影響很大。據(jù) 2005年動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料:地下水位高程 124.59～135.39 m(LY 1)、127.88～141.23 m(LY 4),旱季與雨季變幅分別為 10.8 m和 13.35m;石龍河流量 0.181～1.232 m3/s(Ⅰ 斷面),0.325～1.542 m3/s(Ⅱ 斷面),流量變幅分別為 1.051m3/s和 1.21m3/s。另?yè)?jù)永旺煤礦礦坑排水資料:正常排水量約 11 000m3/d,雨季達(dá)到 19 920m3/d,幾乎增大一倍。大氣降水與地下水呈正相關(guān)關(guān)系。

由此可知,大氣降水對(duì)礦床充水影響很大,但季節(jié)變化明顯,可以說(shuō)大氣降水是礦床充水的季節(jié)性影響因素。

2.2 地表水

礦區(qū)對(duì)礦床充水影響最大的地表水是石龍河,發(fā)源于向斜北西翼出露寒武系地層的高花崖,由北西向南東順勢(shì)而下,流經(jīng)邊莊、韓莊、段店,匯入沙河。石龍河除泉水和大氣降水補(bǔ)給外,還有沿途各煤礦的排水補(bǔ)給,據(jù)郎店測(cè)站 1964年觀測(cè)資料,該斷面的流量 0.40～3.40m3/s,雨季最大洪峰流量 6.40m3/s,最大流速 2.60m/s。

據(jù)礦區(qū)觀測(cè)資料,石龍河水位高程高于礦區(qū)水位高程 10 m以上,出礦區(qū)流量大于入礦區(qū)流量,在天然狀態(tài)下,地下水對(duì)石龍河有補(bǔ)給影響。由于地處韓梁煤礦區(qū),無(wú)序開(kāi)采的小煤窯隨處可見(jiàn)。近年來(lái)雖經(jīng)綜合治理有所改善,但多年來(lái)的亂采亂挖難免產(chǎn)生崩落裂隙與地表水相通或形成塌陷,造成地表水倒灌、突水,威脅礦山安全。另外采礦過(guò)程中,由于疏干排水的作用,礦區(qū)內(nèi)地下水位大幅度降低,從而改變了地下水和地表水間天然補(bǔ)給排泄關(guān)系,將使河水沿下游河道內(nèi)的石炭系、寒武系含水層倒灌而造成礦山突水。2007年 7月20日,由于連日暴雨,礦區(qū)石龍河岸邊抽水孔C 1附近原民采采空區(qū)突然塌陷,面積約 240 m2,深 3～5m,河水沿此通道涌入永旺煤礦井坑,幸好該礦正處于技改期間,未造成人員和財(cái)產(chǎn)事故,但煤礦排水量因此大增,礦方馬上拉土回填堵漏,五日后方恢復(fù)正常。

因此,地表水是礦床充水的潛在威脅,具有突發(fā)性。尤其是近幾年,全球氣候變暖,極端災(zāi)害天氣頻繁出現(xiàn),河南省陜縣支建煤礦“7.29”和山東省新泰華源煤礦“8.17”透(潰)水淹井事故表明在雨季應(yīng)密切關(guān)注地表水的水情,是非常重要的。對(duì)本礦區(qū)石龍河而言,石龍河從 Ⅳ號(hào)主礦體上流過(guò),不論采用哪一種開(kāi)采方式 (露采或坑采),其涌入礦坑是不可能避免的,可以采用河流改道的措施,來(lái)徹底防止突水事故的發(fā)生。

2.3 地下水

對(duì)礦床充水影響較大的地下水主要是寒武系崮山組巖溶裂隙含水層、石炭系太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層、石炭系及二疊系砂巖裂隙含水層。據(jù)礦區(qū)鉆孔抽水試驗(yàn)資料:寒武系含水層厚度大于 13.40m,地下水位高程 129.323～144.367 m,平均水位高程 135.966m,變幅 4.70～12.97m,該層平均滲透系數(shù) 20.65m/d,單井單位涌水量為 11.230 L/s·m,屬極強(qiáng)富水性含水層;石炭系太原組灰?guī)r含水層揭露厚度0.65～38.47 m,平均厚度 14.26 m,地下水位高程為128.112～142.372 m,本組兩含水層混合抽水的單井單位涌水量為 5.587 L/s·m,滲透系數(shù)為 10.84m/d,屬極強(qiáng)富水性含水層;石炭系及二疊系砂巖裂隙含水層揭露厚度 0.65～65.66 m,本組兩含水層混合抽水的單井單位涌水量為 3.92 L/s·m,滲透系數(shù)為 8.34m/d,屬?gòu)?qiáng)富水性含水層。三組含水層均為承壓水,富水性強(qiáng)。因此,礦區(qū)地下水是礦床充水的主要來(lái)源,對(duì)礦床充水影響是持久的、長(zhǎng)期的。

2.4 老窯水

礦區(qū)位于韓梁煤礦區(qū),老采空區(qū)分布較廣,其中充滿(mǎn)大量積水,連通復(fù)雜,水量較大,如現(xiàn)生產(chǎn)井巷接近或崩落帶達(dá)到它們,便會(huì)造成突水。本區(qū)已有煤礦突水的先例,這應(yīng)引起高度重視。普山煤業(yè)一礦井原開(kāi)采二 1煤,掘進(jìn)至一 6煤時(shí),僅開(kāi)采數(shù)日,便打通了紅旗煤礦老采坑,大量老窯水突入礦井,很快就將礦井淹沒(méi),造成報(bào)廢。因此老窯水對(duì)礦區(qū)的威脅也是突發(fā)性的,容易造成不可估量的損失。

據(jù)地質(zhì)鉆探揭露結(jié)果統(tǒng)計(jì),在已施工的 99個(gè)地質(zhì)孔中,礦區(qū)內(nèi)采空區(qū)見(jiàn)有采空區(qū)的鉆孔 21個(gè),可見(jiàn)率 21%,空高1.00～ 17.75(ZK 3 124)m,平均 5.13m,內(nèi)被煤矸石、粘土巖砂巖碎塊及砂泥充填。采空區(qū)賦存高程 40.93～162.33 m,從據(jù)附表 17數(shù)據(jù)所作的采空區(qū)空間分布圖 (圖 1)中,可以看出采空區(qū)垂直發(fā)育主要在 90～140 m高程之間,在水平空間上主要分布在橫 27～52線與縱 19～30線之間,Ⅳ 號(hào)主礦體北西側(cè)也有分布。據(jù)本次煤井調(diào)查,此外在永旺煤礦采礦證南部煤層已采空,推測(cè)與礦區(qū)內(nèi)采空區(qū)相連。采空區(qū)內(nèi)大多充滿(mǎn)了積水。2007年 7月 20日,由于連日暴雨,礦區(qū)石龍河岸邊 C 1附近原民采采空區(qū)突然塌陷,事實(shí)表明本區(qū)采空區(qū)有時(shí)也會(huì)和地表水溝通。因此,老窯水也是礦床充水的主要因素,它的影響是突發(fā)性的。

2.5 構(gòu)造裂隙水

段店正斷層位于主礦體南部,是對(duì)礦區(qū)影響較大的構(gòu)造。該斷層延伸長(zhǎng)度大于 1 000 m,傾向北東,傾角 26°～70°,垂直斷距北部約 5m,南部近 37m。斷層破碎帶角礫由砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖及灰?guī)r組成。由于該斷層延伸短,斷距小,沒(méi)有與區(qū)域內(nèi)大斷層連接溝通,加之?dāng)鄬悠扑閹С涮钗锝^大部分為柔性巖石,泥質(zhì)膠結(jié),故對(duì)礦區(qū)充水影響不大。

3 結(jié)論與建議

綜上所述,大氣降水是礦床充水的季節(jié)性影響因素、地表水是礦床充水的潛在威脅、地下水是礦床充水的主要來(lái)源、老窯水是礦床充水突發(fā)性因素構(gòu)造裂隙水、對(duì)礦區(qū)充水影響不大。

(1)礦山開(kāi)采時(shí)應(yīng)采用聯(lián)合疏水法對(duì)充水水源 -上層灰(砂)巖進(jìn)行疏干和下層灰?guī)r水進(jìn)行降壓,以確保采礦安全。

(2)未來(lái)開(kāi)采可能改變地下水和地表水間天然補(bǔ)給排泄關(guān)系,雨季遇特大洪峰時(shí)加強(qiáng)對(duì)石龍河水位和流量的動(dòng)態(tài)觀測(cè),以免使河水倒灌而造成礦井突水。在露天采場(chǎng)遇煤礦采空區(qū)時(shí),應(yīng)密切注意石龍河地表水和第四系砂礫石含水層對(duì)采礦的影響,特別注意硐室穩(wěn)定性降低致使老窯水突入礦坑的情況。建議石龍河河流改道,徹底避免此種情況發(fā)生。

(3)在未來(lái)開(kāi)采排水過(guò)程中,要加強(qiáng)與相鄰煤礦的協(xié)調(diào)聯(lián)系,以確保礦區(qū)未來(lái)地下水位保持穩(wěn)定。實(shí)施礦井疏排后,礦區(qū)地下水位下降較大,應(yīng)加強(qiáng)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作,并在礦區(qū)周邊采取有效措施 (如帷幕灌漿等),遏制地下水環(huán)境的惡化趨勢(shì)。

圖 1 采空區(qū)空間分布標(biāo)高圖

[1]河南省魯山縣段店礦區(qū)(王家莊礦段)鋁土礦補(bǔ)充詳查報(bào)告 .河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊(duì),2005.

[2]河南省魯山縣段店礦區(qū)(王家莊礦段)鋁土礦水文地質(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.

[3]王德偉.河南永城煤田陳四樓煤礦水害預(yù)測(cè)與防治 .中國(guó)地質(zhì)大學(xué),2003.6.

[4]李滿(mǎn)洲等 .河南偃師夾溝鋁土礦床突水機(jī)理與防治方法研究 .水文地質(zhì)工程地質(zhì),2006.5.

[5]房佩賢等 .專(zhuān)門(mén)水文地質(zhì)學(xué) .地質(zhì)出版社,2005.1.

[6]吳國(guó)昌等.河南省礦山環(huán)境問(wèn)題研究 .中國(guó)大地出版社,2007.2.

TD 741

B

1004-1184(2010)03-0173-02

2009-11-26

陳懷玉(1971-),男,河南鄲城人,工程師,主要從事巖土工程勘察、設(shè)計(jì)與施工及礦山水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害工作。