河南省鲁山县段店矿区矿床充水因素分析

2010-09-05陈怀玉温志国睢栋超

地下水 2010年2期

关键词：石龙含水层采空区

陈怀玉,温志国,睢栋超

(1.河南省有色金属地质矿产局第二地质大队,河南郑州;2.河南省有色金属地质矿产局第六地质大队,河南郑州 450016)

河南省鲁山县段店矿区矿床充水因素分析

陈怀玉1,温志国2,睢栋超2

(1.河南省有色金属地质矿产局第二地质大队,河南郑州;2.河南省有色金属地质矿产局第六地质大队,河南郑州 450016)

通过对矿区有关资料的统计分析,从大气降水地表水地下水老窑水构造裂隙水等五个方面因素分析矿床充水因素。结合矿区实际,提出矿山开采时应采用联合疏水法对充水水源 -上层灰 (砂)岩进行疏干和下层灰岩水进行降压,加大矿区地下水动态监测等突水防治的措施。

矿床充水因素;大气降水;老窑水;构造裂隙水;充水分析

河南省铝土矿、氧化铝、电解铝产量稳居全国第一,已成为我国重要的铝工业基地。铝工业的高速发展,需要基础资源——铝土矿的充分保障。随着铝土矿浅部易采资源的逐渐枯竭,深部开采规模和范围日益扩大,矿床的开采技术条件特别是水文地质条件越来越复杂,这直接导致了开采费用的增加,开采难度加大。因此详细查明矿床充水因素,为矿业开发规划和开采设计提供依据,成为矿区水文地质工作的重中之重。

1 矿区概况

矿区地形总的趋势是北西高,南东低,西北部的震旦系,构成了陡峻的低山地形,其高程约 300～600m,东、西及中部的寒武系、石炭系、二叠系地层及火成岩则多呈平缓的低山丘陵地貌,其高程 150～400m。

本区属于典型的大陆性半干旱气候,每年降雨多集中在7、8、9三个月,年降雨量 545.5～1419.4mm,多年平均降雨量为 856.6mm,最大日降雨量可达 198.7mm(2006年 6月25日 )。

本区为淮河水系,主要地表水体为石龙河,属长年性流水,从矿区中部流过。据朗店测站 1964年观测资料,该断面的流量 0.4～3.4m3/s,雨季最大洪峰流量 6.4m3/s,最大流速2.6m/s。

梁洼复式向斜系独立的水文地质单元 -自流盆地,其东南部由碳酸盐岩构成补给区,西南部则由变质岩、花岗岩构成隔水边界,向北为广大的迳流区。矿区位居自流盆地的东南部,位于梁洼向斜水文地质单元的补给径流区上,分布有寒武系崮山组岩溶裂隙水、石炭系太原组灰岩溶洞裂隙水和松散岩类孔隙水。

2 矿床充水因素分析

影响矿床的充水因素很多,针对本矿区而言,主要有以下五个方面:

2.1 大气降水

大气降水的性质、强度、连续时间对地下水位变幅、地表水流量变化影响很大。据 2005年动态观测资料:地下水位高程 124.59～135.39 m(LY 1)、127.88～141.23 m(LY 4),旱季与雨季变幅分别为 10.8 m和 13.35m;石龙河流量 0.181～1.232 m3/s(Ⅰ 断面),0.325～1.542 m3/s(Ⅱ 断面),流量变幅分别为 1.051m3/s和 1.21m3/s。另据永旺煤矿矿坑排水资料:正常排水量约 11 000m3/d,雨季达到 19 920m3/d,几乎增大一倍。大气降水与地下水呈正相关关系。

由此可知,大气降水对矿床充水影响很大,但季节变化明显,可以说大气降水是矿床充水的季节性影响因素。

2.2 地表水

矿区对矿床充水影响最大的地表水是石龙河,发源于向斜北西翼出露寒武系地层的高花崖,由北西向南东顺势而下,流经边庄、韩庄、段店,汇入沙河。石龙河除泉水和大气降水补给外,还有沿途各煤矿的排水补给,据郎店测站 1964年观测资料,该断面的流量 0.40～3.40m3/s,雨季最大洪峰流量 6.40m3/s,最大流速 2.60m/s。

据矿区观测资料,石龙河水位高程高于矿区水位高程 10 m以上,出矿区流量大于入矿区流量,在天然状态下,地下水对石龙河有补给影响。由于地处韩梁煤矿区,无序开采的小煤窑随处可见。近年来虽经综合治理有所改善,但多年来的乱采乱挖难免产生崩落裂隙与地表水相通或形成塌陷,造成地表水倒灌、突水,威胁矿山安全。另外采矿过程中,由于疏干排水的作用,矿区内地下水位大幅度降低,从而改变了地下水和地表水间天然补给排泄关系,将使河水沿下游河道内的石炭系、寒武系含水层倒灌而造成矿山突水。2007年 7月20日,由于连日暴雨,矿区石龙河岸边抽水孔C 1附近原民采采空区突然塌陷,面积约 240 m2,深 3～5m,河水沿此通道涌入永旺煤矿井坑,幸好该矿正处于技改期间,未造成人员和财产事故,但煤矿排水量因此大增,矿方马上拉土回填堵漏,五日后方恢复正常。

因此,地表水是矿床充水的潜在威胁,具有突发性。尤其是近几年,全球气候变暖,极端灾害天气频繁出现,河南省陕县支建煤矿“7.29”和山东省新泰华源煤矿“8.17”透(溃)水淹井事故表明在雨季应密切关注地表水的水情,是非常重要的。对本矿区石龙河而言,石龙河从 Ⅳ号主矿体上流过,不论采用哪一种开采方式 (露采或坑采),其涌入矿坑是不可能避免的,可以采用河流改道的措施,来彻底防止突水事故的发生。

2.3 地下水

对矿床充水影响较大的地下水主要是寒武系崮山组岩溶裂隙含水层、石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水层、石炭系及二叠系砂岩裂隙含水层。据矿区钻孔抽水试验资料:寒武系含水层厚度大于 13.40m,地下水位高程 129.323～144.367 m,平均水位高程 135.966m,变幅 4.70～12.97m,该层平均渗透系数 20.65m/d,单井单位涌水量为 11.230 L/s·m,属极强富水性含水层;石炭系太原组灰岩含水层揭露厚度0.65～38.47 m,平均厚度 14.26 m,地下水位高程为128.112～142.372 m,本组两含水层混合抽水的单井单位涌水量为 5.587 L/s·m,渗透系数为 10.84m/d,属极强富水性含水层;石炭系及二叠系砂岩裂隙含水层揭露厚度 0.65～65.66 m,本组两含水层混合抽水的单井单位涌水量为 3.92 L/s·m,渗透系数为 8.34m/d,属强富水性含水层。三组含水层均为承压水,富水性强。因此,矿区地下水是矿床充水的主要来源,对矿床充水影响是持久的、长期的。

2.4 老窑水

矿区位于韩梁煤矿区,老采空区分布较广,其中充满大量积水,连通复杂,水量较大,如现生产井巷接近或崩落带达到它们,便会造成突水。本区已有煤矿突水的先例,这应引起高度重视。普山煤业一矿井原开采二 1煤,掘进至一 6煤时,仅开采数日,便打通了红旗煤矿老采坑,大量老窑水突入矿井,很快就将矿井淹没,造成报废。因此老窑水对矿区的威胁也是突发性的,容易造成不可估量的损失。

据地质钻探揭露结果统计,在已施工的 99个地质孔中,矿区内采空区见有采空区的钻孔 21个,可见率 21%,空高1.00～ 17.75(ZK 3 124)m,平均 5.13m,内被煤矸石、粘土岩砂岩碎块及砂泥充填。采空区赋存高程 40.93～162.33 m,从据附表 17数据所作的采空区空间分布图 (图 1)中,可以看出采空区垂直发育主要在 90～140 m高程之间,在水平空间上主要分布在横 27～52线与纵 19～30线之间,Ⅳ 号主矿体北西侧也有分布。据本次煤井调查,此外在永旺煤矿采矿证南部煤层已采空,推测与矿区内采空区相连。采空区内大多充满了积水。2007年 7月 20日,由于连日暴雨,矿区石龙河岸边 C 1附近原民采采空区突然塌陷,事实表明本区采空区有时也会和地表水沟通。因此,老窑水也是矿床充水的主要因素,它的影响是突发性的。

2.5 构造裂隙水

段店正断层位于主矿体南部,是对矿区影响较大的构造。该断层延伸长度大于 1 000 m,倾向北东,倾角 26°～70°,垂直断距北部约 5m,南部近 37m。断层破碎带角砾由砂岩、砂质页岩、页岩及灰岩组成。由于该断层延伸短,断距小,没有与区域内大断层连接沟通,加之断层破碎带充填物绝大部分为柔性岩石,泥质胶结,故对矿区充水影响不大。

3 结论与建议

综上所述,大气降水是矿床充水的季节性影响因素、地表水是矿床充水的潜在威胁、地下水是矿床充水的主要来源、老窑水是矿床充水突发性因素构造裂隙水、对矿区充水影响不大。

(1)矿山开采时应采用联合疏水法对充水水源 -上层灰(砂)岩进行疏干和下层灰岩水进行降压,以确保采矿安全。

(2)未来开采可能改变地下水和地表水间天然补给排泄关系,雨季遇特大洪峰时加强对石龙河水位和流量的动态观测,以免使河水倒灌而造成矿井突水。在露天采场遇煤矿采空区时,应密切注意石龙河地表水和第四系砂砾石含水层对采矿的影响,特别注意硐室稳定性降低致使老窑水突入矿坑的情况。建议石龙河河流改道,彻底避免此种情况发生。

(3)在未来开采排水过程中,要加强与相邻煤矿的协调联系,以确保矿区未来地下水位保持稳定。实施矿井疏排后,矿区地下水位下降较大,应加强地下水动态监测工作,并在矿区周边采取有效措施 (如帷幕灌浆等),遏制地下水环境的恶化趋势。