广西大新县下雷锰矿矿井突水灾害分析及防治对策

林 武

(广西锡山矿业有限公司,广西南宁 530022)

1 矿区地质概况

广西大新县下雷锰矿是一座上泥盆统沉积型碳酸锰矿床,隶属中信大锰矿业有限责任公司,位于广西大新县下雷镇境内。矿区东西长约9 km,南北宽约2.5 km。为我国目前查明地质储量最大的锰矿床。

1.1 地层

矿区出露的主要地层由老至新依次为中泥盆统东岗岭组(D2d)、上泥盆统榴江组(D3l)和五指山组(D3w)、下石炭统岩关组(C1y)和大塘组(C1d)、中石炭统黄龙组(C2h)及第四系(Q)。含锰矿层赋存于上泥盆统五指山组(D3w2)中,由上、中、下3层锰矿层和两个夹层组成。矿层产状与围岩一致,向斜南翼呈陡倾斜,倾角一般在70(°)以上；而向斜北翼产状平缓,倾角一般在25(°)以下[1],岩层产状受地质构造的作用变化大。

1.2 构造

矿区位于上映——下雷向斜的西南端,为一近东西走向,向西端翘起的向斜构造。向斜两翼不对称,南翼产状陡峻并倒转,北翼产状正常。向斜西部仰起部分构成次一级的复式向斜构造,褶皱及断裂发育。

2 矿区水文地质特征

2.1 地表水

2.1.1 下雷河

下雷河位于矿区外围东部,长年流水,平均流量约为30 m3/s,是矿区内地下水、地表水的总排泄河[2]。

2.1.2 布康溪

布康溪是矿区内地表水、地下水排泄的通道。它发源于矿区西北部,自西向东流经矿区南翼,最后潜入东岗岭组地层以地下水的形式向下雷河排泄。

2.2 地下水

1)第四系(Q)冲洪积、坡残积孔隙潜水含水层

主要分布于布康溪沿岸,由冲洪积含砾石粘土类物质和坡残积碎屑状硅质岩、泥岩组成,砾石分选性差,呈次园状—次棱角状,地下水以孔隙潜水的形式赋存于岩层中,富水性强。

2)下石炭统下部(C1y1)溶洞裂隙含水层

分布于布康洼地及布康溪沟谷一带,由硅质泥质灰岩、硅质灰岩组成,局部含有少量硅质条带。在水作用下溶洞较发育,规模大小不一,部分溶洞为半充填型,充填物为泥岩、硅质岩碎块及粘土类物质,富水性中。

3)上泥盆统五指山组(D3w4)隔水层

由硅质泥质灰岩、钙质泥岩、硅质泥灰岩组成。根据钻孔揭露的情况,岩芯采取较高,岩石胶结紧密,裂隙不发育,隔水性能较好。

4)上泥盆统五指山组(D3w3、2)裂隙潜水——承压水含水层

由钙质泥岩、泥灰岩、泥质灰岩、含锰碳酸岩、硅质灰岩、硅质岩组成。在向斜南、北两翼露头带及26线以西为潜水区,其它地方为承压水区。潜水区的浅部为风化层,具有溶蚀裂隙和溶蚀孔洞,富水性中；深部原生岩区,岩石裂隙一般发育,富水性为中～弱；承压区岩层岩石裂隙较发育,富水性弱。

5)上泥盆统五指山组(D3w1)风化岩层含水层

由钙质泥质灰岩、钙质泥岩组成。根据钻孔揭露的情况,钻孔岩芯有溶蚀现象且局部遇到溶洞,富水性中。

6)上泥盆统榴江组(D3l)隔水层

由硅质岩夹泥质硅质灰岩组成岩石胶结紧密,裂隙不发育,隔水性能良好。

7)中泥盆统东岗岭组(D2d)裂隙溶洞潜水含水层

由灰岩、白云质灰岩及生物碎屑灰岩组成,厚度不详。岩溶作用强烈,溶洞发育。根据钻孔揭露的情况,钻孔未遇溶洞但岩芯有溶蚀现象,富水性强。

3 矿井水灾害分析

3.1 大气降水对矿井的影响

大气降水是本矿区地下水的重要补给来源,故矿井突水都直接或间接与降水有关。一方面由于地形地貌及地质构造特征,有利于大气降水对各含水层进行渗漏补给且补给量丰富,另一方面因采矿活动影响裂隙发育,加上布康溪沟谷南面坡上露天采矿形成的采坑面积大,以及地采采矿采穿顶柱(露采坑底)形成采空冒落区,当雨季特别是暴雨来临时,露采坑内的山洪积水没有及时排泄,汇集的积水通过岩矿层裂隙、断裂构造和采空冒落区灌入矿井,成为直接充、突水水源。

3.2 地下水对矿井的影响

锰矿层赋存于上泥盆统五指山组(D3w2)中,而五指山组(D3w2、3)裂隙潜水——承压水含水层为多层结构且富水性为中～弱,水量有限,一般在井内以滴水、淋水的形式出现,但局部地段分布不均匀,有水富集；底板五指山组(D3w1)风化岩层含水层,富水性中。含水层岩层裂隙、溶洞发育,局部易形成一些串珠状的溶洞和裂隙带,它们贮存有大量的地下水。由于开采活动对原岩进行了不同程度地破坏,当采掘工程接近或是揭露时这些地段时会造成矿井充、突水。其它含水层如下石炭统下部(C1y1)溶洞裂隙含水层和中泥盆统东岗岭组(D2d)裂隙溶洞潜水,富水性中～强,其本身对矿井充、突水无影响,但由于有矿井辅助工程(如胶带斜井、280 m排水平硐)揭露这类含水层时也会造成矿井充、突水。

3.3 断裂构造对矿井的影响

根据所掌握的地质资料,矿区内断裂构造发育,大多数为压扭性断层,破碎带宽度较小且充填物胶结紧密,断层导水、含水性能弱。表现为当采掘工程接近或是揭露时,水量瞬时大,水压较高,持续小段时间后,水量、水压急剧衰减。但少数发育并切穿含水层和隔水层中的断层,其在挤压特别强烈的弯曲转折地段及断层交汇处较宽,其导水、含水性能增强。在采矿活动的作用下,断层会发生重新活动现象,即断层活化[3]引起矿井充、突水。

4 矿井防水害对策

1)加强矿区水文地质勘察工作,为矿井防治水害提供理论依据。由于矿区水文地质工作基础薄弱,一些常规的矿床水文地质勘察资料受工作条件限制而无法收集,因此必需详细查明矿区内地表水系(特别是布康溪)与地下水间的相互关系及影响；各主要含水层地下水的补给、径流、排泄条件；含(隔)水层的岩性、厚度、分布范围及含水层渗透性、富水性、水位等基本特征；对矿井充水有较大影响的断层破碎带的位置、规模、性质、产状、富水性和导水性及变化、沟通各含水层以及地表水之间相互补给程度；计算分析采掘过程中矿井的涌水量等资料。

2)加强地面防排水、渗漏工作。由于露天采矿形成的露采坑以及地采采矿采穿顶柱(露采坑底),应在露采台阶上或是露采结束后的采坑底沿走向修筑排水沟渠拦截山洪积水,对某些范围较大的低洼区,不易填平时,可设置移动泵站,把水抽入沟渠,由排水沟渠排出矿区范围之外。对由地采活动引起采穿顶柱和塌陷坑,则用废石进行回填并用混凝土浇顶,阻止降水直接灌入矿井。

3)根据查明的水文地质资料合理地布置井巷工程。井巷工程设计布置,应尽可能地避开强风化带、强富水岩层以及含水、导水性强的构造破碎带。当采掘工程接近含水的岩层和构造时,必须坚决贯切“有疑必探,先探后掘”原则和制定切合实际的探放水措施。对局部水害严重地段,可采用注浆堵水的方式消除水患。

4)建立、完善和维护井下排水系统的设施、设备。定期清理井下水沟、水仓中的淤泥,检修、维护好排水机械设备,保证排水设备设施的完好率使其能充分发挥排水功能。

5)加强安全生产知识培训,提高井下工作人员防水意识及技能。经常对井下工作人员进行一些水文地质和防水方面知识的培训,让他们了解、判断现场突水前兆的一些方法及避灾撤离线路,掌握一些防水害的施工方法。

5 结语

大新下雷锰矿矿床水文地质条件比较复杂,生产过程中经常受到水害的威胁,虽然在生产和防治水的实践中积累了一些丰富经验,矿井防治水技术也日趋成熟和完善,但水灾害的复杂性、隐蔽性、多变性及突发性的特点,使得防治水工作任务仍非常艰巨。因此,在以后的生产工作中,应做好全面规划,统筹安排,因地制宜地采取针对性的防水措施防止水害,以实现安全生产与经济效益的双丰收。

[1]地质矿产部区域地质矿产司.中国锰矿地质文集[M].北京：地质出版社,1985.

[2]王建新,杨家谦,龚景秋,等.广西大新县下雷矿区南部碳酸锰矿详细勘探地质报告[R].南宁：广西第四地质队,1985.

[3]许学汉,王杰,凌荣华,等.煤矿突水预报研究[M].北京：地质出版社,1991.