金河磷礦馬槽灘礦區(qū)大巷突水原因及防治措施剖析①

劉軍省

中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州，072754

金河磷礦馬槽灘礦區(qū)大巷突水原因及防治措施剖析①

劉軍省

中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州，072754

金河磷礦馬槽灘礦區(qū)大巷出現(xiàn)涌水，嚴(yán)重影響了勘查施工與礦山的正常生產(chǎn)。礦區(qū)主要充水因素為斷裂、構(gòu)造裂隙充水，主要巖溶含水層及大氣降水也對礦床充水有一定影響。F22斷裂及破碎帶與地表匯水區(qū)三道溝聯(lián)通，突水主要是掘進(jìn)F22含水?dāng)鄬悠扑閹б稹＝窈笤诓删蛱降V過程中遇到斷層時(shí)要堅(jiān)持 “有疑必探，先探后掘，疏堵結(jié)合，分類防治”的原則，采取疏水降壓和注漿改造相結(jié)合的方法解決問題，防治突水事故。

馬槽灘礦區(qū) 水文地質(zhì)特征 突水原因 防治突水措施

四川省金河磷礦位于四川省什邡市紅白鎮(zhèn)和綿竹市金花鎮(zhèn)交接部。礦山下轄馬槽灘、岳家山、蘭家坪3個(gè)礦區(qū)。馬槽灘礦區(qū)地理位置屬綿竹市金花鎮(zhèn)。礦區(qū)始建于1968年，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為50萬t/a【1】，由于面臨嚴(yán)重資源短缺，礦山進(jìn)行了限采，現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)能力為15萬t/a。2008年發(fā)生了5.12汶川地震，金河磷礦損失慘重，馬槽灘礦區(qū)一度停產(chǎn)，但礦山井巷總體破壞不大，當(dāng)年10月復(fù)產(chǎn)。

1 礦區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

1.1 地層

礦區(qū)出露的地層由老至新主要有：震旦系燈影組第三段（Zdn3）、泥盆系沙窩子組（D3s）、二疊系梁山組（P1）、陽新組（Py）、龍?zhí)督M（Plt）和吳家坪組（Pw），下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組（T1f）和嘉陵江組（T1j），第四系坡積、沖洪積物在溝谷處分布。震旦系燈影組與上覆泥盆系沙窩子組為區(qū)內(nèi)主要含磷地層。

1.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于龍門山前緣推覆體內(nèi)(大水閘推覆體)和區(qū)域性大斷裂之間。總體構(gòu)造線呈北東—南西向，礦區(qū)位于大水閘復(fù)背斜之南東翼，區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育且切割褶皺，使褶皺殘破不全。礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，主要褶皺有馬槽灘倒轉(zhuǎn)背斜、過街樓-唐家山向斜、蘭家坪倒轉(zhuǎn)背斜以及其他次級褶皺。礦區(qū)斷裂以馬槽灘正斷層、逆斷層為主，同時(shí)發(fā)育多組平移斷層（圖1）。區(qū)內(nèi)規(guī)模較大且對礦體有影響的斷裂主要為南北向F132、F22斷層；區(qū)內(nèi)還發(fā)育北東向F252等斷層，以及近東西向一些規(guī)模形態(tài)差異較大的次級斷層、弧形斷層等，這些斷裂對礦層有一定影響，但總體影響較小。總體看來，礦區(qū)斷裂具有多期活動(dòng)性，構(gòu)造復(fù)雜、形式多樣，形成于不同時(shí)期的斷裂構(gòu)造對礦體水文地質(zhì)條件起著不同作用。

1.3 水文地質(zhì)條件

礦區(qū)屬于整體以溶隙裂隙充水為主、頂?shù)装逯苯舆M(jìn)水、局部（十中段充水破碎帶區(qū)域）以斷裂含水為主的水文地質(zhì)條件中等的礦床【2～3】。

礦區(qū)位于馬槽灘倒轉(zhuǎn)背斜的正翼，含水層與隔水層呈緩傾相間產(chǎn)出。其中對礦床充水直接有關(guān)的含水層為震旦系（Z2dn）泥盆系（D3s2）裂隙溶隙含水層，分別為礦床底板，頂板，由白云巖組成，巖溶、裂隙均不甚發(fā)育，只是礦床底板起伏大，頂部古巖溶發(fā)育，溶洞大小不等，多無水，均為弱含水層，鉆孔單位涌水量0.016～0.104L/s·m。

隔水層主要為含磷層，該層厚薄不一，本層上下水位差異大，為良好隔水層，一旦揭穿含磷層時(shí)，就失去了隔水作用。

礦區(qū)深部正層礦位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，地下水主要接受大氣降雨補(bǔ)給，以及雨季地表水沿溝谷等的滲漏補(bǔ)給，而二疊系含水層還接受遠(yuǎn)區(qū)的補(bǔ)給，地表以仰天窩、唐家山為分水嶺，特有的地形、地貌，特別是大暴雨不利于大氣降雨向下滲透。

由于隔水層呈緩傾相間產(chǎn)出和隔水作用，地下水由北向南受阻分別向大致東西兩個(gè)方向徑流，以泉的形式和向坑口排泄。

圖1 金河磷礦馬槽灘礦區(qū)十中段構(gòu)造平面示意圖Fig.1 The structure plane sketch of the tenth level in Macaotan mining area in Jinhe phosphate deposit

2 礦井涌水實(shí)例

2007年9月7日坑探工程掘進(jìn)至10線以東約30m處時(shí)，DTa大巷正磧頭突然出現(xiàn)大規(guī)模涌水，導(dǎo)致DTa大巷及十中段主運(yùn)輸平硐近4000m巷道全部淹沒，道床以上最淺約10cm,最深超過40cm,十中段生產(chǎn)作業(yè)全面停產(chǎn)。期間最小涌水量為493m3/h,最高涌水量為5735m3/h，短期內(nèi)無法恢復(fù)施工。突水原因初步確定為掘進(jìn)工作面揭露導(dǎo)水?dāng)嗔袴22的破碎帶引起。其后更改施工方案：封堵DTa正磧頭，將DTa大巷向南平移100m，繼續(xù)向東延伸。礦山隨即按此方案實(shí)施，封堵時(shí)采用5根管徑為295mm閘閥排水，鋼筋混凝土墻厚4m，待混凝土凝固期滿后，關(guān)閉全部閘閥，然后清理巷道、恢復(fù)沖毀軌道。

2008年1月中旬恢復(fù)井巷施工。當(dāng)10線南支施工40m處，磧頭右?guī)?、底板共有三處再次出現(xiàn)涌水，并有擴(kuò)大的跡象。項(xiàng)目再次停工。之后由于5.12大地震，項(xiàng)目被迫終止。

3 突水原因分析

礦山采掘施工過程中造成突水的因素是多方面的，一般是多種因素綜合作用的結(jié)果，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際觀測及以往地質(zhì)、水文地質(zhì)資料行綜合分析，認(rèn)為礦區(qū)主要充水因素為斷裂、構(gòu)造裂隙充水，主要巖溶含水層及大氣降水也對礦床充水有一定影響。突水主要是掘進(jìn)F22含水?dāng)鄬悠扑閹б鸬摹?】。突水原因分析如下：

3.1 主要含水層

礦山觀測資料顯示，礦區(qū)深部東沿脈礦坑涌水量為13.89L/s，而西部礦坑涌水量卻僅為8.56L/s，相差40%，可以看出其充水程度很不均勻，各向異性大，礦床頂?shù)装寰鶠槿鹾畬?，Zdn單位長度涌水量為0.0347L/s，標(biāo)高970m以上，揭露（Zdn+D3s）向上鉆孔均無涌水，礦坑總涌水量僅為1939.0m3/d，因此，通常情況下，沿裂隙、溶隙向礦坑滴淋水為其向礦坑充水的主要形式，其涌水量小，對礦床開采僅為有影響，但構(gòu)不成威脅。

3.2 大氣降水

礦區(qū)地形特征是山高谷深，坡陡水急，區(qū)內(nèi)主要為震旦系、泥盆系碳酸鹽類巖石為主體形成的陡坡峭壁，自然坡度在50°以上。礦區(qū)特有的地形、地貌，大氣降水對礦床充水不是很有利，主要是沿裂隙向下滲透。從圖2可知，從旱季到雨季，礦坑涌水量變化不大，其與大氣降雨不甚密切，且滯后時(shí)間10～20d，只是當(dāng)暴雨來時(shí)，地表水沿溝谷等裂隙（縫）向礦坑呈脈狀充水，礦坑涌水量才有所增加，如1992年6月12日降雨為118.1mm，礦坑涌水量由暴雨前的18.2L/s增大到暴雨時(shí)的20.8L/s，水體變渾濁，暴雨過后又減少到14.2L/s，增大相對幅度為15%。但隨著礦山40余年的開采，采空區(qū)面積增加，地表變形破壞加劇，裂縫、塌陷不斷擴(kuò)大，大氣降雨沿地表塌陷（主要為溝谷地段）等向礦坑大量充水，因此十中段涌水量、濁清度均在較大程度上受到地表降雨影響，該破碎帶與地表已貫通，且該區(qū)域匯水面積較大。

圖2 馬槽灘礦區(qū)深部正層礦坑道流量與大氣降雨關(guān)系曲線圖Fig.2 The relationship between the rainfall and the tunnel flow of the ore bed in nomal order in the deep

3.3 F22斷裂破碎帶

由于區(qū)域性F1、F2大斷裂的相互擠壓錯(cuò)動(dòng)的影響，在礦床范圍內(nèi)產(chǎn)生眾多不同規(guī)模的斷裂，其復(fù)雜和發(fā)育程度已被前期和本期勘探所查證，有F132、F107、F254、F255、F22等，以及眾多派生分枝和分枝復(fù)合的小斷裂，造成東沿脈大巷涌水的F22斷裂破碎帶簡述如下：

F22：為一走向近南北，傾向東，傾角36～57°的正斷層，斷層延伸長度大于9km，破碎帶寬82～146m，切割正反兩層礦，斷面緊閉有波狀起伏，局部破碎嚴(yán)重。F22是金河磷礦馬槽灘礦區(qū)和蘭家坪礦區(qū)的分界斷裂，其破碎帶裂隙和溶洞群可能已與地表三道溝匯水區(qū)聯(lián)通。

三道溝為分隔金河磷礦馬槽灘與蘭家坪兩礦區(qū)的峽谷，溝口高程930m,溝頂高程約2500m，溝長超過4500m，匯水面積超過20km2。涌水點(diǎn)地表高程為1600～1700m，距三道溝距離約500m，位于三道溝中下部。溝內(nèi)除雨季暴雨形成洪流外，全年無地表徑流。因此從涌水曲線圖上（圖3）可以看出，在晴好天氣，涌水為500～800 m3/h的穩(wěn)定狀態(tài)，一旦出現(xiàn)降雨，涌水量就陡增，大氣降水立即成為井下涌水。

綜上分析，F(xiàn)22斷裂及破碎帶與地表匯水區(qū)三道溝聯(lián)通，其涌水對開采有重大影響，必要時(shí)井巷開拓應(yīng)避免穿越。

圖3 2007年9～10月十中段DTa巷道涌水量變化圖Fig.3 The chart of water yield of the DTa roadway in tenth level from September to October in 2007

4 防治突水措施

根據(jù)以上分析，結(jié)合礦區(qū)實(shí)際，認(rèn)為防治馬槽灘礦區(qū)突水可以從以下幾個(gè)方面入手。

（1）嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范、規(guī)程。金河磷礦為老礦山，已開采多年，經(jīng)過多次勘探對礦山水文地質(zhì)條件已有深刻認(rèn)識，詳查未開展專門水文地質(zhì)調(diào)查。礦山多年開采，水文地質(zhì)條件已發(fā)生變化，誘導(dǎo)了本次突水事故的發(fā)生。因此，必須堅(jiān)持“有疑必探，先探后掘，疏堵結(jié)合，分類防治”的防治水原則。

（2）建立專門水文地質(zhì)記錄臺賬。礦山應(yīng)建立健全各類水文地質(zhì)記錄表及相關(guān)圖件，逐步建立地下水位，涌水量，涌水點(diǎn)，突水點(diǎn)，鉆孔水文地質(zhì)編錄記錄等數(shù)據(jù)庫，逐頭逐面進(jìn)行水害預(yù)報(bào)，提高預(yù)報(bào)水平【5】。

（3）加強(qiáng)礦床疏干排水措施，用大功率的排水泵進(jìn)行生產(chǎn)排水，使礦山能夠正常生產(chǎn)且能夠具備應(yīng)對較大突水災(zāi)害的防治能力。

（4）防治斷裂突水。掘進(jìn)F22斷裂破碎帶導(dǎo)致突水后，盡管封堵了正磧頭，將大巷向南平移了100m，但再次發(fā)生涌水，并有擴(kuò)大的跡象。說明簡單注漿封堵措施已經(jīng)不能解決問題，斷層破碎帶規(guī)模大，富水性強(qiáng)，導(dǎo)水性好。俗話說，堵不如疏，礦山突水事故應(yīng)堵疏結(jié)合，所以此時(shí)應(yīng)進(jìn)一步查明斷層富水性質(zhì)及三道溝流域地表匯水特征，采取疏水降壓和注漿改造相結(jié)合的方法解決問題。

5 結(jié)語

（1）礦區(qū)主要充水因素為斷裂、構(gòu)造裂隙充水，主要巖溶含水層及大氣降水也對礦床充水有一定影響。F22斷裂及破碎帶與地表匯水區(qū)三道溝聯(lián)通，突水主要是掘進(jìn)F22含水?dāng)鄬悠扑閹б稹?/p>

（2）金河磷礦需進(jìn)一步加強(qiáng)礦區(qū)水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)，在采掘探礦過程中遇到斷層時(shí) “有疑必探，先探后掘，疏堵結(jié)合，分類防治”，可防治突水事故。

1 周英武，李建新，肖志能，等.四川省什邡縣紅白鄉(xiāng)馬槽灘磷礦區(qū)正層礦深部補(bǔ)充勘探三期工程儲量報(bào)告[R].四川德陽，四川省金河磷礦.1993

2 鄧小林,黃富榮,劉軍省,等.四川省德陽市金河磷礦深部詳查報(bào)告[R].河北涿州：中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院.2011

3 錢學(xué)溥.對勘查規(guī)范開采技術(shù)條件部分的解讀與修訂意見.國土資源部網(wǎng)站礦產(chǎn)儲量評審論壇.2009

4 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB12719-91.礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范.國家技術(shù)監(jiān)督局.1991

5 地質(zhì)部水文地質(zhì)工程地質(zhì)技術(shù)方法研究隊(duì).水文地質(zhì)手冊[M].北京：.地質(zhì)出版社.1978

ANALYSIS OF THE ROADWAY WATER INRUSH REASON IN MACAOTAN MINING AREA IN JINHE PHOSPHATE DEPOSIT AND PREVENTION MEASURES

Liu Junxing
Research Institute of Geological,China Chemical Geological and Mine Bureau, Zhuozhou 072754,Hebei,China

The roadway of Macaotan mining area in Jinhe phosphate deposit appears gushing, seriously affected the construction of survey and the mine normal production. The main factor in water-filled mine is fracture and structural cracks filled with water, The main karst aquifer and precipitation also have some impact on the water-filled deposit. F22 fault and fracture zones connect Sandaogou surface catchment area, Water inrush is mainly caused by boring F22 fault fracture zone. We encountered faults in mining exploration in the future should adhere to the principle of " the suspects will be exploration, first exploration after excavation, the combination of dredge and containment, classification Prevention", take the method of hydrophobic buck and grouting reconstruction combined to solve the problem, preventing water inrush.

Macaotan mining area Hydrogeological characteristics Causes of water inrush Water inrush prevention measures

P641.46

A

1006-5296（2014）01-0112-05

① 此文獲中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院、地質(zhì)調(diào)查總院“第三屆青年學(xué)術(shù)研討會”論文三等獎(jiǎng)* 第一作者簡介：劉軍?。?981～），男，勘查技術(shù)與工程專業(yè)，工程師

2014-03-24；改回日期：2014-04-08