溶蝕型白云巖含水層對(duì)礦井充水影響

樊曉敏　劉小亮　代昌龍

摘 要：對(duì)貴州豐源磷礦燈影組白云巖含水層進(jìn)行了水文地質(zhì)分析，結(jié)果表明燈影組白云巖為具有強(qiáng)烈溶蝕性、溶蝕裂隙發(fā)育、富水性中等的充水含水層。處于該地層中的礦井水主要賦存及運(yùn)移于溶蝕裂隙或小型巖溶管道中。裂隙的大小以及巖溶管道的聯(lián)通程度決定了礦井涌水量的多寡。同時(shí)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成地層的不均一性以及地形地貌的復(fù)雜性，也使得地表水對(duì)礦井涌水產(chǎn)生了相當(dāng)重要的影響。

關(guān)鍵詞：豐源磷礦；水文地質(zhì)；充水因素；防治水

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.097

1 概況

豐源磷礦位于貴州省開(kāi)陽(yáng)縣境內(nèi)，為一整合礦山，生產(chǎn)規(guī)模為85萬(wàn)噸/年，設(shè)計(jì)采用平硐-斜坡道開(kāi)拓，井下無(wú)軌運(yùn)輸。礦區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)鄂湘黔凹陷帶黔中隆起北部的洋水背斜南傾伏端近軸部，出露有第四系、寒武系和震旦系地層，地層巖性主要為灰?guī)r與粉砂質(zhì)頁(yè)巖互層、粉砂質(zhì)頁(yè)巖和白云巖。其中對(duì)磷礦區(qū)礦井防治水影響最大的是含礦層震旦系燈影組的中厚～厚層系晶白云巖、硅質(zhì)白云巖地層。礦區(qū)屬低中山侵蝕、溶蝕型地貌。地表河流發(fā)育，一般為季節(jié)性溪溝，地表水最終匯入烏江水系[1]。

2 水文地質(zhì)特征

2.1 地層的含水性特征

對(duì)礦井涌水造成主要影響的是燈影組溶蝕裂隙含水層。燈影組白云巖為磷礦層直接頂板，是對(duì)礦床充水有直接的充水含水層，地表出露于礦區(qū)東部，厚度237～251m。燈影組白云巖溶蝕裂隙較發(fā)育，巖溶發(fā)育具有不均一性，地下水主要賦存及運(yùn)移于溶蝕裂隙及小型巖溶管道中，含水層富水性弱至中等，由于巖溶發(fā)育的不均一性，導(dǎo)致地下水的埋藏，水力特征及富水性等亦有差。

2.2 地下水補(bǔ)、徑、排條件

研究區(qū)燈影組含水層地下水補(bǔ)給來(lái)源主要是大氣降水，補(bǔ)給通道主要是溶蝕裂隙。同時(shí)寒武系清虛洞組的溶蝕性灰?guī)r地層和地表出露河流井泉等在流經(jīng)燈影組白云巖地層時(shí)，通過(guò)裂隙入滲進(jìn)入燈影組含水層，流入水量甚微。在徑流及排泄方式上，獲得大氣降水補(bǔ)給的白云巖地層，這些補(bǔ)給水量主要運(yùn)移于白云巖溶蝕裂隙孔洞中，要么賦存于細(xì)小的巖溶管道中，在長(zhǎng)久的溶蝕作用下，這些溶蝕裂隙和巖溶管道最終聯(lián)通，便構(gòu)成了地下水的富集。并且由于地表地形地貌的差異，區(qū)內(nèi)地下水經(jīng)洋水背斜兩翼由南向北流動(dòng)，至北傾伏端錳汞廠(chǎng)地段排入洋水河，也有小部分地下水流經(jīng)地表低洼溪溝處而最終匯入洋水河。但由于礦區(qū)采掘作業(yè)混亂頻繁，導(dǎo)致開(kāi)采巷道已低于該區(qū)地下水位標(biāo)高，受磷礦開(kāi)采影響，區(qū)內(nèi)沿礦層露頭附近的泉點(diǎn)已干枯，區(qū)內(nèi)地下水排泄條件受到破壞，燈影組地下水大部分均向采礦巷道排泄。

2.3 地下水對(duì)礦井充水的影響

區(qū)內(nèi)燈影組含水層之上和陡山沱組磷礦層之下均為巨厚隔水層，隔水性能良好，南傾伏端為補(bǔ)給邊界，北傾伏端為排泄邊界，這樣隔絕了區(qū)域地下水和礦區(qū)地下水的水力聯(lián)系，使礦區(qū)成為一個(gè)相對(duì)完整、封閉、獨(dú)立的水文地質(zhì)單元。

涌水量方面，由于常年累月的采掘活動(dòng)，不僅使得礦井上覆原生巖層受到破壞，而且使得地面潛水的徑流和排泄條件發(fā)生了改變。在正常降雨情況下，雨水經(jīng)地表疏松土層、裂隙發(fā)育的巖層滲流進(jìn)入含水層，在地下不同類(lèi)型含水層中的各類(lèi)空隙，包括裂隙、孔隙、溶蝕空洞等，這些空隙又成為地下水進(jìn)一步滲流入礦井的直接通道。但是在暴雨季節(jié)，礦井的涌水并沒(méi)有跟降雨成比例的增加，只是在井口位置造成了雨水集中排入礦井的現(xiàn)象。經(jīng)實(shí)測(cè)豐源磷礦全礦井雨季最大涌水量為：1820m3/d，正常涌水量為1400m3/d，變化系數(shù)為1.3?？梢?jiàn)地下水對(duì)礦井的主要影響應(yīng)該是礦層頂板巖溶性含水層，而受地表雨水補(bǔ)給的作用不顯著。除此之外由于礦井周邊老窯多且雜亂，對(duì)采空區(qū)的調(diào)查也不清楚，也有可能使得地表雨水集中匯入老窯采空區(qū)，而由采空區(qū)瞬時(shí)涌入礦井造成嚴(yán)重后果。

3 礦井充水因素分析

豐源磷礦區(qū)礦井充水的因素主要受水文地質(zhì)條件控制，同時(shí)礦井的開(kāi)拓和采掘方式對(duì)其也有影響。

3.1 充水水源

地下水方面，燈影組白云巖中的地下水和富含地下水的斷層破碎帶是區(qū)內(nèi)的直接充水水源，因區(qū)內(nèi)主要斷層富水性弱，故以燈影組含水層為主；地表水方面，研究區(qū)屬于低中山侵蝕、溶蝕型地貌。這種溶蝕性山地地貌在雨季接受大氣降水時(shí)會(huì)沿山腳地帶形成大量沖溝，而這些沖溝也多處于各類(lèi)含水層的露頭地帶，這就為含水層的水量補(bǔ)給提供了可能，導(dǎo)致礦井涌水量增大。因此，大氣降水、地表水為礦井間接充水水源。

3.2 充水途徑

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，且燈影組充水含水層溶蝕裂隙較發(fā)育，礦層在開(kāi)采時(shí)，因疏干排水，地下水將會(huì)源源不斷地沿構(gòu)造裂隙和基巖溶蝕裂隙涌入巷道，形成礦坑涌水。成為區(qū)內(nèi)礦床充水的天然主要途徑之一。礦區(qū)東部在一采區(qū)和二采區(qū)之間，有很大面積的采空區(qū)存在，其廢棄采面或巷道內(nèi)有積水，由于采空區(qū)與各巷道相連，本次調(diào)查采空區(qū)內(nèi)水大多已由巷道中排水管路排出井口。但也不排除未局部積水量的存在，對(duì)礦井造成影響，滲入礦井而成為礦井直接充水水源。

4 結(jié)論

豐源磷礦含礦層淺，礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高為+1406m，磷礦床位于最低侵蝕基準(zhǔn)面以下。震旦系燈影組溶蝕裂隙型白云巖含水層為主要的充水含水層，地下水埋藏形式為溶蝕裂隙潛水～承壓水。由于白云巖原有溶蝕裂隙的發(fā)育以及復(fù)雜分布，地下水主要賦存及運(yùn)移于溶蝕裂隙或小型巖溶管道中。加之采動(dòng)形成新的裂隙，使地下水通過(guò)裂隙連通各含水層導(dǎo)致礦井大規(guī)模涌水的可能性是存在的。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁飛.貴州省開(kāi)陽(yáng)縣雙流鎮(zhèn)豐源磷礦資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告[R].貴陽(yáng)：中化地質(zhì)礦山總局貴州地質(zhì)勘查院，2010.

基金項(xiàng)目：六盤(pán)水師范學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：201502

作者簡(jiǎn)介：樊曉敏（1994-），女，在讀本科。

*為通訊作者