梁前磷礦地下水防治方案探討

何斌力

摘 要 隆化縣興林礦業(yè)有限責(zé)任公司開(kāi)采礦種為磷礦，礦區(qū)斷裂發(fā)育，地下水連通性好，補(bǔ)給較充分，礦坑涌水量較大，對(duì)礦山的生產(chǎn)作業(yè)形成極大安全隱患，排水費(fèi)用較高。主要防治方案：建設(shè)地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)；加強(qiáng)地下水監(jiān)測(cè)工作；配備足夠排水設(shè)備；實(shí)施注漿堵水工程。

關(guān)鍵詞 磷礦 地下水 防治方案

中圖分類(lèi)號(hào)：P641.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1礦山概況

隆化縣興林礦業(yè)有限責(zé)任公司梁前磷礦，位于隆化縣城126€胺轎?、直?？1km，運(yùn)距25km處，行政隸屬隆化縣中關(guān)鎮(zhèn)小梁前村管轄，礦山開(kāi)采礦種為磷礦，開(kāi)采方式為地下開(kāi)采，生產(chǎn)規(guī)模10.00萬(wàn)噸/年，礦區(qū)面積0.1656km2。

2礦區(qū)水文地質(zhì)

2.1主要含水層

區(qū)內(nèi)共有兩個(gè)含水層組，現(xiàn)分述如下：

2.1.1第四系洪沖積砂礫石孔隙潛水含水層

分布在溝谷中，構(gòu)成谷底和Ⅰ級(jí)階地，巖性為中細(xì)砂和砂礫石層。含水層厚度5-7m，水位埋深1m€薄>莞澆遄樗匝?？?？.63m3/h，單位涌水量為2.89 m3/h，滲透系數(shù)11.11m/d。水質(zhì)類(lèi)型為低礦化HCO3-SO4-Ca型水，礦化度小于1g/t。

2.1.2斜長(zhǎng)巖風(fēng)化構(gòu)造裂隙含水層

斜長(zhǎng)巖中發(fā)育有少量原生裂隙和風(fēng)化裂隙，由于受后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，使次生裂隙增多。近幾十年由于采磷礦放炮爆破等影響，使局部斜長(zhǎng)巖次生裂隙密集，使斜長(zhǎng)巖成為裂隙含水層。在夏季裂隙中充水含水性較強(qiáng)，但水量很少。

2.2主要隔水層

礦區(qū)內(nèi)的基巖表層，因長(zhǎng)期風(fēng)化作用，已高嶺土、綠泥石化，滲透性很差，形成相對(duì)的隔水層。其次地表第四系的粘性土層也構(gòu)成隔水層。

2.3斷層的導(dǎo)水性

礦區(qū)褶皺構(gòu)造較發(fā)育，生成時(shí)期晚于成礦期，由于礦區(qū)褶皺構(gòu)造強(qiáng)烈，使得巖層及礦體產(chǎn)狀變化較大，巖石裂隙較為發(fā)育，風(fēng)化帶發(fā)育深度較大。本區(qū)構(gòu)造主要為向斜構(gòu)造和背斜構(gòu)造。向斜構(gòu)造裂隙發(fā)育部位主要在軸部，上層巖石受水平的擠壓力最大，而下部為張應(yīng)力，背斜構(gòu)造的軸部裂隙發(fā)育也較多，裂隙走向與軸向基本一致，同時(shí)也產(chǎn)生了部分與軸向垂直的微裂隙，本區(qū)裂隙發(fā)育，但多數(shù)被充填，富水性和導(dǎo)水性較差。

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要為F2斷層。F2斷層含水層部分裸露地表和部分埋藏在第四系地層之下，邊界條件清楚，此地下水主要為大氣降水補(bǔ)給和第四系孔隙潛水補(bǔ)給?；谠摰V多年開(kāi)采實(shí)際情況，該裂隙含水性及導(dǎo)水性差，屬弱富水性。

另?yè)?jù)坑道內(nèi)觀測(cè)情況看，坑道內(nèi)在小斷層構(gòu)造帶及兩側(cè)部分地段為潮濕區(qū)，局部為滴水區(qū)，未見(jiàn)有涌水現(xiàn)象，一般雨季滴水量較大，旱季減少，甚至消失。構(gòu)造裂隙水是礦床充水的因素之一，但補(bǔ)給來(lái)源貧乏，充水量小。

區(qū)域構(gòu)造圖

2.4地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件

礦區(qū)的地形地貌、地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地下水運(yùn)動(dòng)起控制作用。地下水逕流嚴(yán)格受地形、地貌和構(gòu)造控制，地下水流向與地形基本一致。地下水的徑流方向主要是以最低侵蝕基準(zhǔn)面為排泄方向，在地勢(shì)條件和構(gòu)造條件十分有利的情況下還易形成泉水排出，還有一部分地下水會(huì)以潛流的形式補(bǔ)給孔隙水。

本礦區(qū)地下水的主要靠大氣降水垂直入滲補(bǔ)給，第四系孔隙水又接受基巖巖溶裂隙水補(bǔ)給。地下水總的補(bǔ)給來(lái)源是大氣降水。降雨通過(guò)基巖裸露山區(qū)的裂隙和松散堆積物孔隙滲入地下，向溝谷底部或基巖風(fēng)化裂隙帶徑流?；鶐r風(fēng)化裂隙帶中的地下水由于位置較高，一般向第四系松散含水層中排泄，另外在溝谷斜坡陡峭處以泉的形式排泄。而第四系松散含水層中的地下水則以潛水徑流形式向下游排泄，并在溝谷中流出地表，形成地表徑流或上升泉。

總的來(lái)說(shuō)，礦區(qū)小范圍，地下水在西北和南部部接受補(bǔ)給，向東南徑流，在徑流過(guò)程中，一部分以泉水排泄，一部分由采礦坑道抽排到地表，一部分繼續(xù)向恒河徑流，一部分向基巖深部下深。由此看出補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)近，徑流途徑短，而深部白云巖巖溶裂隙水無(wú)明顯排泄區(qū)，水交替作用緩慢。這從深層地下水礦化度高、硬度大、含Mg高可以得到證實(shí)。

地下水的動(dòng)態(tài)受大氣降水影響十分明顯，最低水位流量出現(xiàn)在6月份，最高流量出現(xiàn)在8月末9月初，如高板河W9號(hào)泉水流量觀測(cè)，6月份泉水平均流量3.21L/s，8月平均流量48.75L/s，最高75.83L/s。水位年變化幅度第四系孔隙水0.48-6.96m，基巖巖溶裂隙水13.61-18.38m。

地下水位的升降、泉水的流量與降雨量的多寡呈現(xiàn)同步關(guān)系，但是由于降雨入滲需要一個(gè)過(guò)程，一般地下水水位上升要滯后降雨4-5天左右。

礦區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化反映了典型的山區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)，為大氣降水就地單一補(bǔ)給。

2.5地下水動(dòng)態(tài)變化特征

地下水的動(dòng)態(tài)受大氣降水影響十分明顯，最低水位流量出現(xiàn)在6月份，最高流量出現(xiàn)在8月末9月初，如高板河W9號(hào)泉水流量觀測(cè)，6月份泉水平均流量3.21L/s，8月平均流量48.75L/s，最高75.83L/s。水位年變化幅度第四系孔隙水0.48-6.96m，基巖巖溶裂隙水13.61-18.38m。

地下水位的升降、泉水的流量與降雨量的多寡呈現(xiàn)同步關(guān)系，但是由于降雨入滲需要一個(gè)過(guò)程，一般地下水水位上升要滯后降雨4-5天左右。

礦區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化反映了典型的山區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)，為大氣降水就地單一補(bǔ)給。

2.6礦床充水因素

礦區(qū)位于半干旱區(qū)的中低山區(qū)，地表溝谷發(fā)育，排泄及逕流條件良好，恒河從礦區(qū)北部及東部流過(guò)。

礦山開(kāi)采方式為地下開(kāi)采，直接充水水源為基巖巖溶裂隙含水層和構(gòu)造裂隙含水層，第四系孔隙含水層通過(guò)下滲補(bǔ)給礦體圍巖，由圍巖經(jīng)構(gòu)造裂隙進(jìn)入采礦坑道及采空區(qū)。由于直接充水水源由第四系含水層補(bǔ)給，而第四系含水層主要受大氣降水補(bǔ)給，因此本區(qū)地下坑道涌水量大小與降雨量成正相關(guān)。據(jù)坑道觀測(cè)，涌水量隨季節(jié)變化而增減，7月——10月份為高水位及豐水期，11月——次年6月份為低水位和枯水期?；鶐r裂隙水和構(gòu)造裂隙水是礦井的直接充水水源。

巖石和構(gòu)造帶的富水性較差，巖溶不發(fā)育，地下水涌水量較小，礦層與含水層直接接觸，地下水直接進(jìn)入礦坑，礦床屬頂?shù)装暹M(jìn)水直接充水礦床。

3礦坑涌水及其危害

3.1礦坑涌水量

隆化縣興林礦業(yè)有限責(zé)任公司梁前磷礦，未進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的水文地質(zhì)工作，對(duì)于礦井涌水量沒(méi)有做詳細(xì)的測(cè)量和記錄。礦山現(xiàn)安裝有2臺(tái)排水泵，均為160m3/h，通常條件下開(kāi)一臺(tái)泵便可排干涌水。據(jù)此可估測(cè)礦坑正常涌水量約為100m3/h。

3.2地下水的危害

相對(duì)于同類(lèi)型礦山以及對(duì)比相鄰礦山，隆化縣興林礦業(yè)有限責(zé)任公司梁前磷礦開(kāi)采過(guò)程中涌水量算是比較大的，隨著開(kāi)采不斷延深，水量和水壓也不斷增大，地下水對(duì)采礦活動(dòng)的影響日益嚴(yán)重，其主要危害如下：

（1）影響安全生產(chǎn)：地下水對(duì)采礦的安全性造成極大地威脅，比如突水淹井、坑道塌陷、井下泥石流等。

（2）影響工人健康：地下水造成坑道環(huán)境潮濕，采場(chǎng)工作條件惡劣，極大地影響工人健康。

（3）排水費(fèi)用高：礦山月排水費(fèi)用大約在4萬(wàn)/月左右，造成了采礦成本的增加，降低了企業(yè)利潤(rùn)和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

4地下水防治方案

結(jié)合隆化縣興林礦業(yè)有限責(zé)任公司梁前磷礦的生產(chǎn)實(shí)際情況，地下水防治方案應(yīng)遵循“加強(qiáng)礦山地質(zhì)和水文地質(zhì)的監(jiān)測(cè)工作，加強(qiáng)礦井排水設(shè)備的科學(xué)管理，合理配備礦井相應(yīng)排水設(shè)施，確保礦山生產(chǎn)安全”的總原則。

4.1加強(qiáng)礦山地表水文地質(zhì)工作

地表水防治是預(yù)防礦井水災(zāi)的第一道防線，對(duì)于受大氣降水和地表水影響較大的礦山來(lái)說(shuō)尤為重要。要做好地表水防治工作，首先要掌握地表水的性質(zhì)、特點(diǎn)及變化規(guī)律，其次要掌握礦區(qū)的地形地貌及當(dāng)?shù)貧夂驐l件，要研究確定防治水措施及防排水工程。地表水防治措施：排放地表積水；疏干或遷移地表水源；加固河床預(yù)防滲漏，灌注漿液堵通道；充填、平整注地；在井口和工業(yè)場(chǎng)地上游的有利地形建筑擋水壩，減少降雨對(duì)礦井的威脅；加強(qiáng)地面防水工程的檢查。

4.2加強(qiáng)礦井地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)工作

礦山應(yīng)加強(qiáng)對(duì)礦井地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)工作，并合理地布設(shè)觀測(cè)網(wǎng)，觀測(cè)網(wǎng)的布置應(yīng)結(jié)合觀測(cè)區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)、地下條件，以用最少的觀測(cè)點(diǎn)控制較大面積為準(zhǔn)則。本次布置觀測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)的目的是為了監(jiān)測(cè)礦區(qū)地下水各含水層（組）之間的水力聯(lián)系，地下水與F2斷層的關(guān)系。由于采礦主要突水危險(xiǎn)來(lái)自斜長(zhǎng)巖風(fēng)化構(gòu)造裂隙含水層，而過(guò)水通道為F2斷層，因此，在布設(shè)水文地質(zhì)觀測(cè)網(wǎng)時(shí)，重點(diǎn)觀測(cè)對(duì)象是斜長(zhǎng)巖風(fēng)化構(gòu)造裂隙含水層和F2斷層帶的水文地質(zhì)特征。觀測(cè)點(diǎn)的選擇原則是：

（1）選擇水文地質(zhì)條件有代表性的地段布設(shè)觀測(cè)孔；

（2）選擇井下永久巷道中方便施工，便于觀測(cè)的地段布設(shè)觀測(cè)孔；

（3）要充分利用已有出水點(diǎn)為觀測(cè)點(diǎn)。

（4）礦井下布設(shè)地下水觀測(cè)孔，施工前，應(yīng)進(jìn)行井下物探，找富水性好的地段布孔，以免打出干孔。

依據(jù)以上原則，在F2斷層上下盤(pán)各布置觀測(cè)孔1個(gè)，在F2斷層的南北兩端各布置觀測(cè)孔1個(gè)，共計(jì)4孔?？咨罹鶓?yīng)低于礦山最低開(kāi)采標(biāo)高和主要含水層底板標(biāo)高。

對(duì)地下水觀測(cè)網(wǎng)的觀測(cè)要求：每月初、中各觀測(cè)一次水位（或水壓）和水量；每季度中觀測(cè)一次水溫；每年進(jìn)行一次常規(guī)水質(zhì)檢測(cè)。遇突水等特殊情況應(yīng)增加觀測(cè)次數(shù)，并根據(jù)需要增加觀測(cè)項(xiàng)目。觀測(cè)要認(rèn)真按照規(guī)范要求進(jìn)行。要準(zhǔn)確記錄觀測(cè)結(jié)果，及時(shí)整理、分析、研究觀測(cè)資料，以指導(dǎo)生產(chǎn)。常規(guī)觀測(cè)要固定專(zhuān)人負(fù)責(zé)。

本礦區(qū)構(gòu)造極為發(fā)育，且具有不均一性特點(diǎn)，礦坑何時(shí)、何地涌水，涌水量大小難以預(yù)測(cè)。采掘工程接近斷層、裂隙密集帶、含水層和老巷道、老采區(qū)前，必須實(shí)施有效的探放水工程，并應(yīng)進(jìn)行探放水工程設(shè)計(jì)。

在采礦系統(tǒng)已圈定，但對(duì)采面內(nèi)水文地質(zhì)情況不清楚，要先進(jìn)行井下物探工作，探明地下水的富水性和過(guò)水通道情況。目前，使用直流電法探測(cè)礦井地下水效果較好，結(jié)論較可靠，費(fèi)用也比較低。也可以選擇使用瞬變電磁法，配合探測(cè)。

在礦井防治水工作中，必須長(zhǎng)期堅(jiān)持“有疑必探，先探后掘”的方針，真正作到水情不明不生產(chǎn)，水患不除不生產(chǎn)。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析研究，本礦山開(kāi)采時(shí)，礦井涌水通道主要為斷層、裂隙，采動(dòng)破碎帶等薄弱結(jié)構(gòu)面，所以在采掘過(guò)程中，要盡量減少人為因素引起的礦井涌（突）水。在斷層、裂隙發(fā)育地帶，底板巖石厚度急劇變薄地段，底板突水危險(xiǎn)性將增加，在這些特殊部位施工前，應(yīng)加強(qiáng)預(yù)測(cè)，并采取相應(yīng)防治水措施，以防礦井水突然涌出，給礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)危害。為了應(yīng)對(duì)突發(fā)的惡性地下水涌水事故，礦山必須按照規(guī)程要求施工防排水工程和配備足夠能力的排水設(shè)備，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行注漿堵水。