某礦山深部涌水現(xiàn)狀調(diào)查及防水治水措施研究*

郭曉康

（玉溪礦業(yè)有限公司，云南 玉溪 653100）

礦區(qū)地處構(gòu)造侵蝕高中山地貌區(qū)域，礦區(qū)附近山高坡陡、河谷深切，海拔標(biāo)高（610.8～1 630.5） m，切割深度大于1 000 m。礦區(qū)內(nèi)旱、雨季節(jié)分明，年降雨量平均930.8 mm，60%雨量集中于（6～9） 月份，降雨多為陣雨（暴雨、大雨）形式。礦區(qū)的主干河流是曼崗河，支流有老廠河及肥味河。河流具有山區(qū)河流特點(diǎn)，河床坡度大，河流流量受降雨控制，暴雨驟漲，雨停速退，動(dòng)態(tài)變化大。礦區(qū)基建時(shí)間較早，隨著礦山基建和生產(chǎn)采切工程的施工，在礦床范圍內(nèi)揭露到大量的斷層構(gòu)造，它們將礦床范圍內(nèi)的礦體切錯(cuò)成塊體，在走向上將礦體分割成一個(gè)個(gè)大小不等的地質(zhì)塊段；在傾向上成階梯狀排列，形成塹、壘式構(gòu)造，破壞了層狀礦體的完整性；斷層均為張性正斷層或張扭性平移正斷層，屬充水?dāng)鄬?，?duì)礦床開采有較大的影響。礦山生產(chǎn)后，西部坑道揭露出水點(diǎn)較東部多，水量亦比東部大。證實(shí)了勘探時(shí)期總結(jié)的礦床水文地質(zhì)特征：西部比東部富水性強(qiáng)，由淺入深富水性減弱的規(guī)律符合客觀實(shí)際。二期基建時(shí)期，在進(jìn)行坑道原始地質(zhì)編錄的同時(shí)開展了簡(jiǎn)易水文地質(zhì)觀測(cè)，共觀測(cè)井下出水點(diǎn)25處，從觀測(cè)結(jié)果看：整體水量較小，對(duì)礦床開采影響不大。

1 水文地質(zhì)調(diào)查

1.1 水文地質(zhì)工作開展情況

開展地面水文地質(zhì)調(diào)查、坑道水文地質(zhì)調(diào)查、措施豎井水文地質(zhì)編錄等工作；對(duì)流經(jīng)礦區(qū)的涌水地段進(jìn)行水文長(zhǎng)期觀測(cè)，水量觀測(cè)視水量大小分別采用流速儀法、容積法、堰板法，觀測(cè)周期（15～30） d觀測(cè)一次；坑道水文地質(zhì)測(cè)繪、鉆探和鉆探水文地質(zhì)編錄，用1∶100地質(zhì)素描圖為底圖，重點(diǎn)調(diào)查突水點(diǎn)和滲水段的裂隙特征、水量。

1.2 鉆孔抽水試驗(yàn)

從鉆孔抽水試驗(yàn)情況看，單位涌水量較小，不同的地層層位涌水量略有差異，但變化較小。在靠近斷層區(qū)域單位涌水量、滲透系數(shù)增大，表面斷層是地下水的主要通道。

表1 鉆孔抽水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table of drill-hole water pumping test results

2 主要構(gòu)造對(duì)礦床充水的影響

2.1 區(qū)域構(gòu)造情況

1）底巴都傾伏背斜：背斜軸向呈南西西—北東東，向南西傾伏，傾伏角近于25°，軸面近乎直立略向北西傾斜，兩翼基本對(duì)稱。據(jù)初勘資料反映，該地段鉆孔ZK605、ZK601的單位涌水量q=（0.04～0.174） L/（s·m），而背斜南翼東部的ZK157、ZK165、ZK43、ZK196-1等鉆孔單位涌水量 （q） 大都在 （0.001～0.006） L/（s·m），二者相差10倍以上。這證實(shí)了位于背斜南西傾伏的西部礦段屬地下水相對(duì)富集塊段和底巴都背斜有控水作用；

2）F3斷層：斷裂帶的富水性和導(dǎo)水性受斷裂帶膠結(jié)程度、侵入巖體及兩盤巖層富水性控制，各地段尚有差異。斷裂帶在大紅山群曼崗河組（Ptdm4、Ptdm3）脆性白云石大理巖段，斷層角礫膠結(jié)較疏松，兩盤巖層富水性相對(duì)較強(qiáng)。F3斷裂在干海子組（T3g）泥巖蓋層中透水性極弱，老廠河河水不會(huì)通過斷層破碎帶對(duì)礦坑進(jìn)行充水；F3斷裂破碎帶在大紅山群（Ptd） 含礦層中賦水性較強(qiáng)，附近巖層的富水性也較強(qiáng)，為一充水?dāng)鄬樱咻^強(qiáng)的導(dǎo)水性，對(duì)礦坑充水影響較大；

3）F5斷層：該斷層為逆掩斷層，主要發(fā)育在蓋層上三疊統(tǒng)地層。斷層破碎帶寬約2 m，破碎帶由含炭泥質(zhì)的角礫構(gòu)成，為泥質(zhì)緊密膠結(jié)。坑道中斷層面呈緩波狀，有拖曳和揉皺現(xiàn)象，擦痕清楚，未見斷層破碎帶出水現(xiàn)象，斷裂帶不導(dǎo)水或?qū)畼O弱，不會(huì)溝通老廠河地表水和曼崗河組（Ptdm4、Ptdm3）含水層發(fā)生水力聯(lián)系，對(duì)礦坑充水無影響。

2.2 礦床內(nèi)斷層

根據(jù)目前的綜合資料研究分析，礦產(chǎn)內(nèi)斷層較發(fā)育，按性質(zhì)主要分為兩組：第一組走向NNW～NWW向，傾向S～SW，局部倒轉(zhuǎn)傾向N～NE，傾角一般>60°。斷層間隔一般 （30～80） m。該斷層組沿傾斜方向切錯(cuò)塊體，使礦體成階梯狀斷塊排列。第二組走向NE～NEE向，以橫向平移為主要特征，傾角一般60°～80°，斷層間隔一般>150 m。斷層組沿橫向和斜向切錯(cuò)礦體，將礦體分隔成一個(gè)個(gè)大小不等的地質(zhì)塊段，在兩個(gè)斷層組的共同作用下，形成塹、壘式構(gòu)造。除上述斷層外，西部大紅山群（Ptd） 含礦地層中，巖層裂隙較發(fā)育。裂隙走向主要呈NNW和NE向，裂隙傾角一般較陡（見表2）。

表2 斷面斷層特征統(tǒng)計(jì)表Tab. 2 Statistical table of cross-sectional fault features

除上述斷層外，大紅山群（Ptd）含礦地層中，巖層裂隙較發(fā)育。裂隙走向主要呈NNW和NE向，裂隙傾角一般較陡（如圖1）。平面上看，裂隙發(fā)育程度受區(qū)域斷層（F3） 控制明顯，F(xiàn)3斷裂附近裂隙相對(duì)較發(fā)育；從垂向上看，裂隙寬度具有自上而下逐漸減小的趨勢(shì)；從巖性上看，白云石大理巖層中裂隙相對(duì)發(fā)育。從已有工程揭露的情況看，在180 m標(biāo)高以上，礦區(qū)巖層裂隙較發(fā)育，裂隙透水性和賦水性較強(qiáng)，工程揭露時(shí)，裂隙滲（突）水較普片；180 m標(biāo)高以下，巖層裂隙發(fā)育程度相對(duì)較弱，裂隙透水性和含水性弱，一般坑道僅有少量滲水或淋水；即便偶遇裂隙突水，其水量亦較小，突水時(shí)間短，水量衰減快，表現(xiàn)為儲(chǔ)水量小和補(bǔ)給水源有限。

圖1 探礦坑道（穿、沿脈）裂隙統(tǒng)計(jì)圖Fig.1 Statistical diagram of cracks in prospecting tunnels

3 涌水量測(cè)算對(duì)比

3.1 水平廊道法預(yù)測(cè)礦坑涌水量

表3 水平廊道法預(yù)測(cè)礦坑涌水量Tab.3 The water inflow amount of mine pit predicated by horizontal corridor method

3.2 比擬法預(yù)測(cè)計(jì)算礦坑涌水量

礦坑涌水預(yù)測(cè)，礦區(qū)水文地質(zhì)邊界條件較清楚，礦坑充水含水層的劃分較為合理。礦山充水含水層總體上為脈狀裂隙水，兼有層間裂隙水的性質(zhì)，賦水性極不均勻，由此，礦山充水含水層的滲透系數(shù)也極不均勻，其值變化極大、離散性大；為增加含水層滲透系數(shù)的代表性和可靠性，礦坑涌水量預(yù)測(cè)計(jì)算中，充水含水層的滲透系數(shù)取值，采用本次鉆孔抽水試驗(yàn)所得滲透系數(shù)值和前人勘查鉆孔試驗(yàn)滲透系數(shù)的平均值?？傮w而言，采用水平廊道法預(yù)測(cè)礦坑涌水量，計(jì)算條件清楚，基礎(chǔ)資料可信，預(yù)測(cè)參數(shù)取值較為科學(xué)和合理，代表性較強(qiáng)。從已有礦山開拓工程的坑道涌水量、坑道揭露含水層和斷層破碎帶的水文地質(zhì)情況看，水平廊道法計(jì)算所得的坑道涌水量值較為可靠。

表4 比擬法預(yù)測(cè)計(jì)算礦坑涌水量一覽表Tab.4 The list of water inflow amount calculated by forecast calculations

3.3 比擬法計(jì)算成果評(píng)價(jià)

斜坡道長(zhǎng)度大，穿越了礦區(qū)的大部分地層和構(gòu)造，這對(duì)賦水性差異較大的礦區(qū)來說，涌水量具有較強(qiáng)代表性的一面。但是，用斜坡道迎頭處的標(biāo)高作為計(jì)算中段的基礎(chǔ)標(biāo)高值，則所采用的基礎(chǔ)涌水量顯然偏小，加之觀測(cè)時(shí)間短暫，施工影響較大，因此，采用比擬法進(jìn)行的礦坑涌水量預(yù)測(cè)顯然不夠嚴(yán)謹(jǐn)，其值僅供對(duì)比參考。

3.4 地下水補(bǔ)水特性分析

礦區(qū)內(nèi)各含水層的補(bǔ)給源主要是大氣降水和地表徑流。礦床大部分工業(yè)儲(chǔ)量位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面和地下水面以下，地形不利于自然排水，地下水和地表水的水力聯(lián)系較弱，局部河段地表水對(duì)礦坑充水有一定影響。斷裂帶是地下水向下滲透的主要通道，由于礦區(qū)所處氣候環(huán)境條件，當(dāng)垂向滲透的地下水到達(dá)下伏侵入巖體風(fēng)化殼裂隙含水層下界附近時(shí)，可形成大致統(tǒng)一的地下水潛水面，繼續(xù)往侵蝕基準(zhǔn)面處運(yùn)移，各礦段處于地下水的徑流、排泄區(qū)，地下水主要通過開采裂隙、構(gòu)造破碎帶、侵入巖接觸帶進(jìn)入礦坑，最終生產(chǎn)中的涌水可采用集中疏干的方法處理?？拥乐校B系干海子組相對(duì)隔水層的斷層及節(jié)理、裂隙帶出水量，約占井下總出水量的80%，曼崗河組弱裂隙含水層的出水量約占20%，說明礦床地下水主要補(bǔ)給源是大氣降水。

礦區(qū)地下水類型為典型的脈狀裂隙水，總體上看，富水性很弱，但局部存在較強(qiáng)的富水帶。富水帶受巖性和構(gòu)造的控制明顯，白云石大理巖和硅質(zhì)大理巖較厚的地段往往賦水性較強(qiáng)，富水帶走向與巖層走向基本一致。地下水靠地下徑流補(bǔ)給，條件較差，以靜儲(chǔ)量為主，動(dòng)儲(chǔ)量不大。斷層富水性不強(qiáng)，局部地段可能溝通地下水與地表水的聯(lián)系。礦段地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，多數(shù)礦體頂板巖層完整穩(wěn)固。斷層帶巖芯破碎，泥質(zhì)成分高，較松軟，巖芯采取率低。主要含水層水壓大，存在突水可能性。次要含水層為舍資組砂巖裂隙含水層，為潛水性質(zhì)，主要靠降雨補(bǔ)給，與地下水有聯(lián)系，但與主要含水層地下水聯(lián)系不密切。

3.5 本次涌水量預(yù)測(cè)

礦區(qū)地形陡峻，切割劇烈，有利于降雨的排泄。巖層含微弱的裂隙水，風(fēng)化裂隙發(fā)育段為相對(duì)富水帶。礦區(qū)分布的二條河流，主要礦體賦存于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面之下，河水將為礦坑主要充水水源，但圍巖富水性、導(dǎo)水性弱，在自然條件下，河水對(duì)礦坑充水不可能密切。礦體及頂?shù)装鍩o軟的和破碎的夾層，普氏硬度系數(shù)4.0～14.4，屬中等堅(jiān)硬-非常堅(jiān)硬的巖礦石。礦層底板靜水壓力較大，可達(dá)（600～700）m，但深部巖層幾乎不含水，以及巖層堅(jiān)硬穩(wěn)定，水頭壓力雖大，但水量很小，水頭壓力不可能對(duì)開采造成危害。

由于礦區(qū)充水含水層為深埋型，上覆厚度較大的隔水頂板，礦坑充水含水層主要接受老廠河和曼崗河河水的補(bǔ)給，受大氣降雨滲入補(bǔ)給的分量相對(duì)很小。礦山充水含水層總體上為脈狀裂隙水，兼有層間裂隙水的性質(zhì)，賦水性極不均勻，由此，礦山充水含水層的滲透系數(shù)也極不均勻，其值變化極大、離散性大；礦井揭穿某隔水巖層后，將會(huì)出現(xiàn)突水現(xiàn)象，突水開端可達(dá)10 L/s（2～3）d后可成倍的或數(shù)倍退減，礦區(qū)巖層富水性隨埋深而顯著減弱，下山儲(chǔ)量基本處于漸趨無水帶間，河水對(duì)其補(bǔ)給的可能性極小。

此次項(xiàng)目的調(diào)查結(jié)合抽排水記錄和生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行了系統(tǒng)分析，目前井下涌水的來源主要為充填水、生產(chǎn)用水、坑道涌水等幾個(gè)方面組成，結(jié)合礦山抽排水記錄，井下排水當(dāng)日最小為5 000 m3左右，最大在9 000 m3左右。根據(jù)抽排水統(tǒng)計(jì)報(bào)表結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，預(yù)計(jì)東部生產(chǎn)過程中地下水涌水量為（2 000～3 000） m3/d，西部坑內(nèi)正常涌水量（3 000～4 000） m3/d，平均每天產(chǎn)生充填水約1 000 m3/d，產(chǎn)生生產(chǎn)水約500 m3/d。

4 礦井涌水的危害預(yù)測(cè)

4.1 突出表現(xiàn)形式

1）在采掘工作面出現(xiàn)淋水，使空氣溫度明顯增加，頂板破碎，對(duì)勞動(dòng)條件及生產(chǎn)效率影響很大；

2）由于礦井水的存在，在生產(chǎn)中必須進(jìn)行排水，水量越大，排水費(fèi)用越高，勢(shì)必增加礦山生產(chǎn)成本；

3）礦井水對(duì)各種金屬設(shè)備、鋼軌和金屬支架等，均存在微腐蝕作用，縮短了生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命；

4）當(dāng)井下突然涌水或其水量超過礦井排水能力時(shí)，則會(huì)給生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響，輕者可造成礦井局部停產(chǎn)，重者則可造成坑道被淹。

4.2 目前存在的問題

1）由于本區(qū)礦體賦存空間距曼崗河河床較近，今后對(duì)該工作面的開采過程中，需對(duì)采礦充填盤區(qū)定期監(jiān)測(cè)，并注意監(jiān)測(cè)頂板應(yīng)力、埋設(shè)收斂點(diǎn)的地壓活動(dòng)等。在受斷層影響嚴(yán)重的盤區(qū)，特別是多條斷裂交匯處，在施工至斷層附近，需加強(qiáng)觀察，及時(shí)采取支護(hù)措施；

2） 今后開采盤區(qū)揭露FI-014、FI-015斷層等幾條走向上直接延伸至曼崗河河床下部的斷裂構(gòu)造時(shí)，需達(dá)到盤區(qū)采、充平衡和及時(shí)采取支護(hù)措施，以降低冒落（垮落）帶形成的高度；

3）工作區(qū)內(nèi)溝谷、河流由于流域發(fā)育規(guī)模控制，無各級(jí)水文站，因此無法收集到礦區(qū)范圍內(nèi)各地表水體的歷年水位、流量以及洪峰等參數(shù)。

5 防治水措施

根據(jù)以上水文地質(zhì)工作成果結(jié)合礦山的生產(chǎn)實(shí)際，礦床水文地質(zhì)類型屬于以弱裂隙含水層充水為主，直接進(jìn)水、水文地質(zhì)條伯簡(jiǎn)單的裂隙充水礦床，地下水對(duì)礦床開采影響不大，生產(chǎn)中少量的涌水可采用集中疏干的方法處理，隨著開采深度的不斷下降，揭露的出水點(diǎn)將增多，礦坑涌水量也會(huì)適當(dāng)增大，可采用集中疏干、分級(jí)泵送的方法解決涌水問題。目前礦山供、排水系統(tǒng)基礎(chǔ)資料齊全，設(shè)計(jì)符合規(guī)范、設(shè)備設(shè)施運(yùn)行正常，能滿足安全環(huán)保需求。井下排水系統(tǒng)是按原一、二期4 800 t/d的生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)建設(shè)?，F(xiàn)在公司井下排水由本部和西部排水兩部分構(gòu)成，主要有5個(gè)正式水倉(cāng)。535水倉(cāng)通過兩趟φ377無縫管分別經(jīng)東措井和補(bǔ)勘井排到二選廠6 000 m3回水池，供二選廠和二制備站生產(chǎn)用水，多余部分泵至二號(hào)泵站3 000 m3水池或泵到尾礦庫(kù)。535水倉(cāng)為公司井下排水總水倉(cāng)，安裝有D280-43×9水泵6臺(tái)，通過兩趟趟φ377無縫管分別經(jīng)東措井和補(bǔ)勘井排到二選廠6 000 m3回水池。水倉(cāng)供電系統(tǒng)為6650回路主供，6611、6629、6605回路備用，泵水設(shè)計(jì)排水能力為15 600 m3/d，該水倉(cāng)目前最大泵水量為12 000 m3/d可滿足排水要求。

根據(jù)以上水文地質(zhì)工作成果結(jié)合礦山的生產(chǎn)實(shí)際，礦床水文地質(zhì)類型屬于以弱裂隙含水層充水為主，直接進(jìn)水、水文地質(zhì)條伯簡(jiǎn)單的裂隙充水礦床，地下水對(duì)礦床開采影響不大，生產(chǎn)中少量的涌水可采用集中疏干的方法處理，隨著開采深度的不斷下降，揭露的出水點(diǎn)將增多，礦坑涌水量也會(huì)適當(dāng)增大，可采用集中疏干、分級(jí)泵送的方法解決涌水問題。目前礦山供、排水系統(tǒng)基礎(chǔ)資料齊全，設(shè)計(jì)符合規(guī)范、設(shè)備設(shè)施運(yùn)行正常，能滿足安全環(huán)保需求，為了防微杜漸，公司一直高度重視礦山突發(fā)涌水的預(yù)防、治理和排放工作，具體工作及措施如下：

1）公司所有的生產(chǎn)排水，均進(jìn)入礦區(qū)污水處理系統(tǒng)，井下生產(chǎn)用水采取循環(huán)利用，選廠生產(chǎn)用水排至尾礦庫(kù)采用封閉循環(huán)回收利用；

2） 礦區(qū)生活污水處理系統(tǒng)已于2012年6月重新改造，目前改造工作已基本結(jié)束，每天最大供水能力為500 m3，平均日供水能力為400 m3/d，滿足生活礦區(qū)污水處理能力；

3）開拓工程嚴(yán)格按照礦山探放水管理規(guī)定，嚴(yán)格執(zhí)行“有掘必探，有采必探”，如遇突發(fā)涌水事故，發(fā)現(xiàn)異常情況，立即停止相關(guān)作業(yè)，及時(shí)上報(bào)公司相關(guān)部門解決；

4）繼續(xù)加大礦山水文地質(zhì)工作的研究，加強(qiáng)收集各類水文地質(zhì)資料，注重提前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作；

5）制定各類突發(fā)涌水的預(yù)防、治理及排放管理考核辦法，加強(qiáng)制度建設(shè)，查缺補(bǔ)漏；

6）優(yōu)化井下供排水系統(tǒng)的建設(shè)，加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，確保設(shè)備設(shè)施運(yùn)行正常；

7）在受斷層影響嚴(yán)重的盤區(qū)，特別是多條斷裂交匯處，在施工至斷層附近時(shí)，需要加強(qiáng)觀察，及時(shí)采取支護(hù)措施；

8）考慮曼崗河方向礦體開采時(shí)礦坑涌水量會(huì)增加較多，根據(jù)涌水量實(shí)測(cè)增加數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)增加泵房排水能力并留有余地，確保礦山安全生產(chǎn)；

9）礦區(qū)面積較大，礦床充水含水層的賦水性極不均勻，且北部和西部尚有一些工程控制盲點(diǎn)區(qū)，施工中應(yīng)持續(xù)不斷地對(duì)礦坑涌水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握坑道附近的地下水動(dòng)態(tài)變化情況，從而便于分析和判斷生產(chǎn)過程中發(fā)生坑道突水的規(guī)模，并為日后礦山的擴(kuò)大生產(chǎn)提供寶貴的水文資料。

6 結(jié)語

1）礦井涌水是一個(gè)復(fù)雜的地質(zhì)問題，礦井涌水規(guī)律及涌水量因地區(qū)、礦井不同而異，影響礦坑涌水量的因素很多，如地質(zhì)構(gòu)造、地區(qū)降雨量、礦體結(jié)構(gòu)和厚度、含水層性質(zhì)等。所有這些因素錯(cuò)綜復(fù)雜，難以控制，而且又由于受到礦井下生產(chǎn)活動(dòng)的影響，使原本復(fù)雜的地質(zhì)問題變得更加不能被人類所掌控，導(dǎo)致經(jīng)常發(fā)生礦山安全事故；

2）對(duì)礦區(qū)地下水系統(tǒng)的研究有助于人們認(rèn)識(shí)礦區(qū)地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，把握礦區(qū)地下水運(yùn)動(dòng)的規(guī)律以及礦區(qū)地下水的補(bǔ)徑排條件，明確礦坑涌水的來源與原因，進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)對(duì)于防止礦井突水、淹井等具有積極預(yù)防作用；

3）通過礦山水文地質(zhì)工作的研究，有效地保護(hù)了礦山的安全生產(chǎn)，防止了坑內(nèi)涌水災(zāi)害的發(fā)生。