柳河?xùn)|圣石膏礦水文地質(zhì)特征及礦井水害防治研究

張 春

吉林省第四地質(zhì)調(diào)查所, 吉林 通化 134001

柳河?xùn)|圣石膏礦位于柳河縣時(shí)家店鄉(xiāng)，礦井始建于1995 年8 月，企業(yè)性質(zhì)為民營。生產(chǎn)規(guī)模為2 萬噸/年，采用地下開采方式，設(shè)有主、副井兩個(gè)生產(chǎn)井口。

1 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 自然地理

礦區(qū)屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，年溫差較大，最高氣溫為35.7 ℃，最低氣溫-37.2 ℃。年降水量500～700 mm,年平均風(fēng)速為18.4 m/s，最大凍土深度為1.26 m。

礦區(qū)內(nèi)主要河流為時(shí)家店河，其上游有時(shí)家店水庫，蓄水能力1504 萬立方米。礦區(qū)處于禿老婆頂子南部山區(qū)邊緣地帶，山勢較低緩，屬侵蝕構(gòu)造中低山區(qū)，最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高400 m。

1.2 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于：中朝準(zhǔn)地臺(tái)（I）、遼東臺(tái)?。á颍?、鐵嶺—靖宇臺(tái)拱（Ⅲ）、樣子哨凹陷褶斷束（Ⅳ）中部時(shí)家店向斜西翼。

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為早古生代寒武系巖系，地層發(fā)育較齊全，主要為堿廠組、饅頭組、毛莊組、張夏組、固山組，巖石類型主要有砂巖、頁巖、灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等。呈軸向近南北的開闊向斜展布，向斜西翼地層稍陡，傾角30°～40°，東翼地層較緩，傾角10°～20°。與上覆奧陱系整合接觸。時(shí)家店向斜為礦區(qū)基本構(gòu)造形式，向斜核部為禿老婆頂子，軸部近南北，長約8 km，寬約7 km,是一短軸向斜，次一級褶皺發(fā)育。

區(qū)內(nèi)斷層按展布方向及先后生成順序關(guān)系大致可分為三組，即北東向、北西向及近南北向，其中，北東向斷層規(guī)模較大，為逆斷層，斷層附近膏體溶失嚴(yán)重，形成一定厚度的淋失帶。

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，僅見有霏細(xì)巖呈脈狀沿北東向斷裂帶侵入，長1～12 km，寬幾米至近百米，產(chǎn)狀平緩，對礦層有切割作用，并局部構(gòu)成了與風(fēng)化裂縫帶的水力聯(lián)系，形成了石膏礦層淋蝕帶及少量涌水現(xiàn)象。

1.3 礦體特征

礦層賦存于古生界寒武系饅頭組上部含膏巖段中，最大厚度5.91 m,最小厚度2.76 m，平均厚度3.20 m，平均品位65.84%。

該礦層在區(qū)內(nèi)構(gòu)造穩(wěn)定，空間分布明顯集中于時(shí)家店向斜的核部，礦層品位、厚度均較穩(wěn)定，礦層沿走向、傾向延伸均較大，其產(chǎn)狀總的表現(xiàn)為軸向近南北，呈較寬闊的向斜構(gòu)造，東翼緩，傾角10°～20°；西翼陡，傾角達(dá)45°，向斜核部礦層近水平。

2 礦區(qū)含水層特征

2.1 礦區(qū)含水層劃分

根據(jù)礦區(qū)地下水的賦存條件、物理性質(zhì)、水力特征等，將礦區(qū)地下水劃分為以下幾種類型：

2.1.1 松散巖類孔隙水

主要分布于山間溝谷地段，由第四系的亞粘土、砂礫石組成，含水層厚度1.5～2.5 m,水位埋深一般為0.6 m,單井涌水量96～520 m3/d，富水性中等。水化學(xué)類型為HCO3-Ca 型水，pH 值為7.0～7.5，礦化度0.4～0.5 g/L，接受大氣降水補(bǔ)給及基巖裂隙水補(bǔ)給。

2.1.2 基巖風(fēng)化裂隙水

在區(qū)域上普遍發(fā)育，巖性為凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r、頁巖、泥巖，覆蓋于古生界煤系地層之上，在長期風(fēng)化作用下，形成20～30 m 風(fēng)化裂隙，構(gòu)成了基巖風(fēng)化裂隙含水帶。它直接接受大氣降水的補(bǔ)給，單井涌水量為220～350 m3/d，富水性弱，水化學(xué)類型為HCO3-Ca—Mg 型水，pH 值為7.0～7.5，礦化度90 mg/L。

2.1.3 碳酸鹽巖類裂隙水

主要活動(dòng)在張夏組，堿廠組灰?guī)r的溶隙與溶洞中，巖層均呈北北東—北東向單斜紋分布，深受構(gòu)造、地形等影響，在通化地區(qū)石膏礦地表雖未見溶洞與泉水，但在同類礦山曾發(fā)生過大量涌水淹井事故應(yīng)給予極大的關(guān)注。

2.1.4 礦體淋失帶溶孔溶隙水

含膏層長期裸露與地表風(fēng)化作用結(jié)果，造成風(fēng)化帶與石膏發(fā)生置換與溶蝕，形成膏層溶蝕（淋失）帶內(nèi)活動(dòng)有溶孔溶隙水，為條帶狀北北東向—北東向展布，其頂?shù)装鍘r層是泥質(zhì)白云巖段隔水層。淋失帶為泥質(zhì)、白云質(zhì)，置換石膏后的碳酸鹽等組成，形成一定程度的溶孔與溶裂，為本礦區(qū)傾斜的弱含水層，含水帶厚3.65～15.8 m，斜深250～400 m，水位埋深20～60 m，接受大氣降水，風(fēng)化裂隙水補(bǔ)給，局部地段有構(gòu)造裂隙水補(bǔ)給，該含水層是礦層頂板邊界向上延伸部分，嚴(yán)重破壞了局部礦層頂板的穩(wěn)固性，是采礦過程應(yīng)關(guān)注的事故隱患之一。

2.1.5 隔水層

礦區(qū)內(nèi)有較好的隔水層，由寒武系崮山組、徐莊組、毛莊組泥鈣質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖、泥巖等組成，隔水性能良好；礦層頂?shù)装逯饕煞坌紶钅噘|(zhì)白云巖、粉屑狀含鐵泥質(zhì)白云巖組成，巖性均一，隔水性能良好。

2.2 礦井充水因素、涌水量分析、主要突水點(diǎn)位置、突水量

本礦床為基巖風(fēng)化裂隙水和巖溶裂隙水充水礦床，礦井主要充水來源為大氣降水，礦區(qū)斷裂構(gòu)造，層間裂隙及淋失帶是區(qū)內(nèi)主要導(dǎo)水構(gòu)造或容水構(gòu)造，礦山正常涌水量為1 440～1 560 t/d。在采礦過程中造成的人工裂隙或裂隙擴(kuò)張，或與斷裂構(gòu)造帶相通，導(dǎo)致井下臨頭水增大，為該礦主要充水因素。時(shí)家店河（時(shí)家店水庫）地表水是礦井另一主要充水因素，考慮到該井上部形成了礦體淋失帶，可能造成地表水體沿人工裂隙或裂隙擴(kuò)張，或與斷裂構(gòu)造帶相遇導(dǎo)入井下。

礦層上部含水層張夏組灰?guī)r裂隙巖溶水，具巖溶溶隙，溶槽及溶洞，雖分布面積較小，據(jù)省內(nèi)同類礦床資料顯示張夏組富含溶洞，并見有富水溶洞，又位于礦層上部，具有一定的水危害隱患。根據(jù)礦山實(shí)測資料，礦山在標(biāo)高60～210 m 處 ,平均涌水量為190 t/d,枯水期140 t/d, 豐水期240 t/d。

礦井主要突水點(diǎn)位置在+155 m 標(biāo)高巷道一處、+80 m 標(biāo)高巷道一處、+70 m 標(biāo)高巷道一處、+55 m標(biāo)高巷道一處，四處突水點(diǎn)突水量為160 t/d。

2.3 礦井開采水害影響程度評價(jià)和水害防治工作

2.3.1 水危害的破壞形式

地表水或突然大量降雨通過400 m、407 m 標(biāo)高明斜井井口涌入井下，造成巷道甚至礦井被淹。地下水長期浸潤蝕變裂隙地段，會(huì)造成巖礦體破碎帶內(nèi)泥化、軟化而導(dǎo)致局部冒頂、掉塊、片幫等事故。

3.3.2 產(chǎn)生水危害的原因分析

地表、坑口防排水措施不合理，或降雨量突然增大，造成井下涌水量突然加大。

穿爆作業(yè)或地壓活動(dòng)影響造成新的裂隙與淋失帶內(nèi)水體或與張夏組含水溶洞貫通，導(dǎo)致井內(nèi)大量涌水。

采掘過程中沒有采取合理的疏水，導(dǎo)水措施，采空區(qū)、廢充巷道積水未排放或遇到含水地質(zhì)構(gòu)造。沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)突水征兆或發(fā)現(xiàn)突水征兆時(shí)沒有及時(shí)采取有效的探水、放水措施。

2.3.3 礦井水害防治評價(jià)

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》中關(guān)于礦井水文地質(zhì)類型劃分表中的相關(guān)規(guī)定，該礦水文地質(zhì)類型劃分為中等-復(fù)雜型。

根據(jù)該礦區(qū)水文地質(zhì)條件，對礦井生產(chǎn)構(gòu)成水害威脅的主要為采空區(qū)及舊巷積水和基巖風(fēng)化裂隙水、巖溶裂隙水、斷層破碎帶、鉆孔等導(dǎo)水因素。距地表200 m 以上石膏礦層多被地下水淋失，形成淋失帶，在采礦中造成的人工裂隙或裂隙擴(kuò)張，或與斷裂構(gòu)造帶相遇，有可能引入礦層上伏張夏組灰?guī)r裂隙巖溶水，有透水淹井事故發(fā)生的可能，危害作業(yè)安全。

3 礦井水害防治措施

3.1 地面防治水

主井井口和副井井口周圍以當(dāng)?shù)貧v史最高洪水位（包括時(shí)家店水庫歷史最高水位）為防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)修筑防洪堤，礦區(qū)地面塌陷、地裂縫周圍，要設(shè)截水溝或擋水圍堤，對廢棄鉆孔要及時(shí)封閉，并在周圍挖掘排水溝，凡井下與周邊礦井有連通處的，特別是時(shí)家店水庫，要嚴(yán)格按照“堵疏結(jié)合”的原則，及時(shí)進(jìn)行封堵和疏排水。

在暴雨期間，當(dāng)?shù)乇硭下r(shí)，礦山必須安排人員在礦境范圍內(nèi)進(jìn)行巡邏，發(fā)現(xiàn)水流倒灌現(xiàn)象，立即安排鏟車快速堵上塌陷口，防止洪水直接灌入井下。在礦區(qū)范圍內(nèi)的低洼地點(diǎn)修筑排水溝，疏通水路。排到地面的井下水，必須導(dǎo)出礦區(qū)，并避免倒?jié)B井下。每次降雨，特別是降大到暴雨后，必須派專人檢查礦區(qū)及附近地面，有無裂隙縫，地表陷落或塌陷現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)漏水情況，應(yīng)及時(shí)處理。

3.2 井下防治水

井下堵水：在開采中，必須按開發(fā)利用方案留足留夠保安隔水礦柱。

井下排水： 按《煤礦安全規(guī)程》要求，安裝工作、備用及維修水泵，且保證工作和備用水泵的排水能力能在20 h 內(nèi)排完礦井24 h 的涌水量。

各班安全員必須認(rèn)真觀察井下各出水點(diǎn)的涌水量，做好觀察記錄，發(fā)現(xiàn)涌水突然增加異常時(shí)，立即報(bào)告并通知所有工作人員撤到安全地帶。但礦井排水泵不能停，水泵司機(jī)必須堅(jiān)守崗位。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

柳河?xùn)|圣石膏礦為基巖風(fēng)化裂隙水和巖溶裂隙水充水，含水層為承壓水斜地儲(chǔ)水構(gòu)造與礦體邊界成帶狀直接進(jìn)水的礦床。根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》中關(guān)于礦井水文地質(zhì)類型劃分表中的相關(guān)規(guī)定，該礦水文地質(zhì)類型劃分為中等-復(fù)雜型。

根據(jù)該礦區(qū)水文地質(zhì)條件，對礦井生產(chǎn)構(gòu)成水害威脅的主要為采空區(qū)及舊巷積水和基巖風(fēng)化裂隙水、巖溶裂隙水、斷層破碎帶、鉆孔等導(dǎo)水因素。距地表200 m 以上石膏礦層多被地下水淋失，形成淋失帶，在采礦中造成的人工裂隙或裂隙擴(kuò)張，或與斷裂構(gòu)造帶相遇，有可能引入礦層上伏張夏組灰?guī)r裂隙巖溶水或與地表水體貫通，有透水淹井事故發(fā)生的可能，危害作業(yè)安全。

4.2 建議

在開采過程中，必須注意加強(qiáng)對礦井采空區(qū)、鉆孔、斷層等易導(dǎo)水地點(diǎn)的探放水工作，必須堅(jiān)持：“預(yù)測預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的探放水原則。

在積水的舊井道、老采區(qū)、河流、含水層、巖溶帶和流沙層等附近開采時(shí)，應(yīng)留設(shè)防水礦柱或劃出安全地段，制定防透水安全措施。

與相鄰礦山必須按設(shè)計(jì)要求留設(shè)安全隔離礦柱，嚴(yán)禁開采和破壞。定期收集、調(diào)查核對本礦及相鄰礦山的采空區(qū)情況，分析查明采空區(qū)的空間位置、積水量和水壓，為水害防治工作提供詳實(shí)、可靠的技術(shù)依據(jù)。

要加強(qiáng)與當(dāng)?shù)貧庀?、防汛、時(shí)家店水庫等部門的聯(lián)系，密切關(guān)注雨季天氣形勢，在大雨、暴雨期間要停工撤人。

[1] 長春黃金設(shè)計(jì)院.柳河縣東圣石膏礦礦產(chǎn)資源開發(fā)利用方案[Z]. 2005.

[2] 吉林省平安安全技術(shù)咨詢有限公司.柳河縣東圣石膏礦安全現(xiàn)狀評價(jià)報(bào)告[R].2008.

[3] 吉林省平安安全技術(shù)咨詢有限公司.柳河縣東圣石膏礦地下礦山地壓災(zāi)害專項(xiàng)安全評價(jià)報(bào)告[R]. 2009.