豐源磷礦燈影組白云巖溶蝕作用對礦井涌水的影響

龍安師 劉小亮 唐軼 蒙澤騰 羅寧

摘 要：燈影組白云巖為貴州豐源磷礦直接充水層，方式為頂板直接充水。經(jīng)過分析研究表明燈影組白云巖主要為強(qiáng)烈溶蝕性，溶蝕性空隙發(fā)育，為礦區(qū)的主要含水層。經(jīng)過對白云巖的分析，其主要成分為MgO、CaO， Si、Fe、Al有少部分，這些易溶于水的元素的含量的多少決定了白云巖的溶蝕空隙的發(fā)育程度，直接影響礦井涌水量的多寡。與此，礦區(qū)地勢陡峭，在雨季，大量的降水順著陡坡直接帶走大量的易溶元素，使其空隙不斷擴(kuò)大，地下水大量的涌入礦井。

關(guān)鍵詞：貴州豐源磷礦；燈影組；白云巖；溶蝕；防治水

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.068

1 礦區(qū)概況

貴州豐源磷礦坐落于貴州省貴陽市開陽縣雙流鎮(zhèn)，其地理坐標(biāo)為東經(jīng)106°47′00″～106°48′32″；北緯27°02′14″～27°05′45″。豐源磷礦為一整合性礦區(qū)，生產(chǎn)規(guī)模為85萬噸/年，礦區(qū)面積：7.4832km2，開采標(biāo)高：1400m～790m；本次工作區(qū)位于二采區(qū)位于礦區(qū)東部。礦區(qū)設(shè)計(jì)采用平硐- 斜坡道開拓，井下無軌道運(yùn)輸。礦區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺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)頁巖互層、粉砂質(zhì)頁巖和白云巖。其中對磷礦區(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[2]。

2 礦區(qū)水文特征

2.1 礦區(qū)地下水的補(bǔ)給、排泄條件

2.1.1 補(bǔ)給條件

研究表明礦區(qū)內(nèi)燈影組含水層地表水不發(fā)育，僅為季節(jié)性的溪溝，主要補(bǔ)給還是來至于大氣降水，補(bǔ)給通道為溶蝕裂隙；在第四系地層和寒武系地層的出露泉水在經(jīng)過燈影組白云巖地層時，僅有少部分經(jīng)過溶蝕裂隙滲入補(bǔ)給含水層，其補(bǔ)給量微乎其微。

2.1.2 排泄條件

在燈影組含水層中，大氣降水在給含水層補(bǔ)給后，地下水運(yùn)移和賦存主要在溶蝕型白云巖溶蝕裂隙和小型巖溶管道中。由于燈影組地層在地貌上形成陡崖，斷層發(fā)育，在長時間的溶蝕下，各個斷層和小型溶蝕管道相互連通形成地水的運(yùn)移通道。磷礦區(qū)內(nèi)地下水運(yùn)移方向?yàn)椋涸诮?jīng)過洋水背斜兩翼時從南向北流動，經(jīng)過北端的錳汞廠地區(qū)流入洋水河；還有些小部分地下水也流經(jīng)背斜兩翼沖溝時出露成泉經(jīng)過地表溝渠而排入洋水河。礦區(qū)磷礦長期的不斷開采與掘進(jìn)，目前開采的礦井標(biāo)高已低于地下水位。礦區(qū)內(nèi)的大部分出露泉干涸，區(qū)內(nèi)地下水徑流和排泄條件也受到不同程度的破壞，燈影組含水層的地下水大部分已由礦井排出。

2.2 礦井涌水量分析

礦井在涌水量上，由于礦區(qū)的長期采掘，礦區(qū)地表的原生土層和巖層的破壞程度非常嚴(yán)重，地表水的排泄路徑發(fā)生了變化。在豐水季節(jié)，大量的雨水經(jīng)陡沱組松散的土層、空隙比較發(fā)育的巖層滲流進(jìn)入含水層，在地下不同類型含水層中的各類空隙，包括溶蝕裂隙、溶蝕孔隙、溶蝕空洞等，這些空隙不斷增大相互聯(lián)通成為地下水滲流入礦井的直接通道。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果顯示礦井的涌水量與降水量并沒有成遞增的關(guān)系，只是由地表排泄經(jīng)井口位置排入礦井造成礦井涌水量的增加。通過長年的測量，正常的涌水量為：1400m3/d，最大涌水量為：1820m3/d，相對的變化系數(shù)為1.3。由上分析可知礦井涌水量的直接影響應(yīng)是燈影組白云巖含水層溶蝕作用導(dǎo)致溶蝕空隙增大后各空隙相互聯(lián)通使得含水層地下水直接涌入礦井，大氣降水和地表水不是導(dǎo)致礦井涌水量增大的主要因素，而是間接因素。礦區(qū)斷層復(fù)雜，地窖數(shù)量多且勘測不祥，地表水和雨水長年的累積在這些地方，經(jīng)空隙滲入進(jìn)礦井造成礦井涌水量的增加。

2.3 燈影組溶蝕型白云巖空隙增大對礦井涌水量的影響

礦區(qū)內(nèi)主要的隔水層為燈影組含水層底頂板之上到陡沱組地層以下，這一隔水層為礦區(qū)的大型隔水層，隔水性非常好，從南傾伏端流向北傾伏，隔絕了礦區(qū)地表水和礦區(qū)地下水的聯(lián)系，使礦井成為一個完整性、封閉性、獨(dú)立性相對完好的水文地質(zhì)單元。

燈影組含水層地層主要為溶蝕型的白云巖，溶蝕空隙較發(fā)育，且具有不均一性，地下水主要賦存及運(yùn)移于溶蝕空隙中，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異。礦區(qū)東（淺）部表現(xiàn)為潛水性質(zhì)，西（深）部由于有穩(wěn)定隔水頂板覆蓋表現(xiàn)為承壓水性質(zhì)。綜上所述，礦區(qū)主要充水含水層為不均一溶蝕裂隙含水層，地下水埋藏形式為溶蝕裂隙潛水～承壓水。

礦井水的主要補(bǔ)給來自于大氣降水。受到季節(jié)性的影響在豐水季節(jié)，大量地表水滲入地下，大量的易溶型巖石被溶蝕帶走，空隙逐漸增大，各裂隙和管道相互連通，斷層也互相連通，使其成為地下水的良好運(yùn)移和賦存通道。地下水位標(biāo)高高于采礦巷道，燈影組含水層的地下水就通過這些通道大量的涌入礦井，礦井巷道直接成為排水通道，造成磷礦采掘的影響和困難。

3 礦井水災(zāi)防治措施

3.1 地表水災(zāi)防治措施

礦區(qū)地表水較不發(fā)育，主要為季節(jié)性地降雨。在豐水季節(jié)，大氣降雨直接進(jìn)入礦井，對礦井涌水量的大小及采礦的正常進(jìn)行造成直接性的影響。因此對地表水災(zāi)的防治措施應(yīng)達(dá)到合理，經(jīng)研究對地表水的防治進(jìn)行了系統(tǒng)性的安排：（1）制定防水計(jì)劃，建立防汛組織； （2）合理確定井口位置； （3）填堵通道； （4）修筑排（截）水溝。通過這些防治措施，明顯的降低了地表水的滲流進(jìn)入礦井，降低了礦井的涌水量，有效的防御了地表水滲流入礦井。

3.2 地下水災(zāi)防治措施

地下水主要為燈影組的白云巖含水層，由于長期的開采，該含水層地下水位已高出礦井巷道，地下水直接涌入礦井，造成礦井涌水量增大；另外還有少部分?jǐn)鄬涌障端偷V區(qū)周邊的老窖積水滲流入礦井。是礦井涌水的主要因素。對此的防治是保障礦區(qū)能否正常采掘磷礦最直接的因素。

（1）礦區(qū)周邊存在大量的老窖，應(yīng)查明老窖的分布情況以及對礦井涌水的影響，及時的排清老窖里的積水；

（2）對含水層的水涌入礦井設(shè)沉淀池、排水溝。每年在雨季來臨之前，對礦井排水系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性、全面的檢查。為保證礦井磷礦的正常采掘工作，還應(yīng)成立一支應(yīng)對各種險(xiǎn)情的強(qiáng)硬隊(duì)伍；儲備足夠的搶險(xiǎn)物資。

4 結(jié)論

綜上所述，地表水不是礦井直接涌水的原因，只是在豐水季節(jié)造成礦井涌水問題。而直接導(dǎo)致礦井涌水的是燈影組白云巖含水層的白云巖溶蝕作用導(dǎo)致溶蝕空隙不斷增大，各裂隙管道、空隙、斷層相互連通，形成地下水的運(yùn)移通道和賦存通道，又加上采礦區(qū)的長期開采導(dǎo)致地下水位標(biāo)高高出礦井巷道，形成了地下水良好的運(yùn)移條件，地下水因此直接涌入礦井，造成礦井的磷礦采掘困難和危險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]樊曉敏，劉小亮，代昌龍.溶蝕型白云巖含水層對礦井充水影響[D].六盤水師范學(xué)院，貴州 六盤水.

作者簡介：龍安師（1992-），男，本科，研究方向：地質(zhì)工程。