柳河东圣石膏矿水文地质特征及矿井水害防治研究

2013-04-17张春

吉林地质 2013年2期

关键词：淋失石膏矿水害

张春

吉林省第四地质调查所, 吉林通化 134001

柳河东圣石膏矿位于柳河县时家店乡，矿井始建于1995 年8 月，企业性质为民营。生产规模为2 万吨/年，采用地下开采方式，设有主、副井两个生产井口。

1 矿区地质环境背景

1.1 自然地理

矿区属北温带大陆性季风气候，四季分明，年温差较大，最高气温为35.7 ℃，最低气温-37.2 ℃。年降水量500～700 mm,年平均风速为18.4 m/s，最大冻土深度为1.26 m。

矿区内主要河流为时家店河，其上游有时家店水库，蓄水能力1504 万立方米。矿区处于秃老婆顶子南部山区边缘地带，山势较低缓，属侵蚀构造中低山区，最低侵蚀基准面标高400 m。

1.2 矿区地质概况

矿区大地构造位置处于：中朝准地台（I）、辽东台隆（Ⅱ）、铁岭—靖宇台拱（Ⅲ）、样子哨凹陷褶断束（Ⅳ）中部时家店向斜西翼。

矿区内出露地层主要为早古生代寒武系岩系，地层发育较齐全，主要为碱厂组、馒头组、毛庄组、张夏组、固山组，岩石类型主要有砂岩、页岩、灰岩、白云质灰岩等。呈轴向近南北的开阔向斜展布，向斜西翼地层稍陡，倾角30°～40°，东翼地层较缓，倾角10°～20°。与上覆奥陱系整合接触。时家店向斜为矿区基本构造形式，向斜核部为秃老婆顶子，轴部近南北，长约8 km，宽约7 km,是一短轴向斜，次一级褶皱发育。

区内断层按展布方向及先后生成顺序关系大致可分为三组，即北东向、北西向及近南北向，其中，北东向断层规模较大，为逆断层，断层附近膏体溶失严重，形成一定厚度的淋失带。

矿区内岩浆岩不发育，仅见有霏细岩呈脉状沿北东向断裂带侵入，长1～12 km，宽几米至近百米，产状平缓，对矿层有切割作用，并局部构成了与风化裂缝带的水力联系，形成了石膏矿层淋蚀带及少量涌水现象。

1.3 矿体特征

矿层赋存于古生界寒武系馒头组上部含膏岩段中，最大厚度5.91 m,最小厚度2.76 m，平均厚度3.20 m，平均品位65.84%。

该矿层在区内构造稳定，空间分布明显集中于时家店向斜的核部，矿层品位、厚度均较稳定，矿层沿走向、倾向延伸均较大，其产状总的表现为轴向近南北，呈较宽阔的向斜构造，东翼缓，倾角10°～20°；西翼陡，倾角达45°，向斜核部矿层近水平。

2 矿区含水层特征

2.1 矿区含水层划分

根据矿区地下水的赋存条件、物理性质、水力特征等，将矿区地下水划分为以下几种类型：

2.1.1 松散岩类孔隙水

主要分布于山间沟谷地段，由第四系的亚粘土、砂砾石组成，含水层厚度1.5～2.5 m,水位埋深一般为0.6 m,单井涌水量96～520 m3/d，富水性中等。水化学类型为HCO3-Ca 型水，pH 值为7.0～7.5，矿化度0.4～0.5 g/L，接受大气降水补给及基岩裂隙水补给。

2.1.2 基岩风化裂隙水

在区域上普遍发育，岩性为凝灰质砂岩、凝灰岩、页岩、泥岩，覆盖于古生界煤系地层之上，在长期风化作用下，形成20～30 m 风化裂隙，构成了基岩风化裂隙含水带。它直接接受大气降水的补给，单井涌水量为220～350 m3/d，富水性弱，水化学类型为HCO3-Ca—Mg 型水，pH 值为7.0～7.5，矿化度90 mg/L。

2.1.3 碳酸盐岩类裂隙水

主要活动在张夏组，碱厂组灰岩的溶隙与溶洞中，岩层均呈北北东—北东向单斜纹分布，深受构造、地形等影响，在通化地区石膏矿地表虽未见溶洞与泉水，但在同类矿山曾发生过大量涌水淹井事故应给予极大的关注。

2.1.4 矿体淋失带溶孔溶隙水

含膏层长期裸露与地表风化作用结果，造成风化带与石膏发生置换与溶蚀，形成膏层溶蚀（淋失）带内活动有溶孔溶隙水，为条带状北北东向—北东向展布，其顶底板岩层是泥质白云岩段隔水层。淋失带为泥质、白云质，置换石膏后的碳酸盐等组成，形成一定程度的溶孔与溶裂，为本矿区倾斜的弱含水层，含水带厚3.65～15.8 m，斜深250～400 m，水位埋深20～60 m，接受大气降水，风化裂隙水补给，局部地段有构造裂隙水补给，该含水层是矿层顶板边界向上延伸部分，严重破坏了局部矿层顶板的稳固性，是采矿过程应关注的事故隐患之一。

2.1.5 隔水层

矿区内有较好的隔水层，由寒武系崮山组、徐庄组、毛庄组泥钙质粉砂岩、粉砂质页岩、泥岩等组成，隔水性能良好；矿层顶底板主要由粉屑状泥质白云岩、粉屑状含铁泥质白云岩组成，岩性均一，隔水性能良好。

2.2 矿井充水因素、涌水量分析、主要突水点位置、突水量

本矿床为基岩风化裂隙水和岩溶裂隙水充水矿床，矿井主要充水来源为大气降水，矿区断裂构造，层间裂隙及淋失带是区内主要导水构造或容水构造，矿山正常涌水量为1 440～1 560 t/d。在采矿过程中造成的人工裂隙或裂隙扩张，或与断裂构造带相通，导致井下临头水增大，为该矿主要充水因素。时家店河（时家店水库）地表水是矿井另一主要充水因素，考虑到该井上部形成了矿体淋失带，可能造成地表水体沿人工裂隙或裂隙扩张，或与断裂构造带相遇导入井下。

矿层上部含水层张夏组灰岩裂隙岩溶水，具岩溶溶隙，溶槽及溶洞，虽分布面积较小，据省内同类矿床资料显示张夏组富含溶洞，并见有富水溶洞，又位于矿层上部，具有一定的水危害隐患。根据矿山实测资料，矿山在标高60～210 m 处 ,平均涌水量为190 t/d,枯水期140 t/d, 丰水期240 t/d。

矿井主要突水点位置在+155 m 标高巷道一处、+80 m 标高巷道一处、+70 m 标高巷道一处、+55 m标高巷道一处，四处突水点突水量为160 t/d。

2.3 矿井开采水害影响程度评价和水害防治工作

2.3.1 水危害的破坏形式

地表水或突然大量降雨通过400 m、407 m 标高明斜井井口涌入井下，造成巷道甚至矿井被淹。地下水长期浸润蚀变裂隙地段，会造成岩矿体破碎带内泥化、软化而导致局部冒顶、掉块、片帮等事故。

3.3.2 产生水危害的原因分析

地表、坑口防排水措施不合理，或降雨量突然增大，造成井下涌水量突然加大。

穿爆作业或地压活动影响造成新的裂隙与淋失带内水体或与张夏组含水溶洞贯通，导致井内大量涌水。

采掘过程中没有采取合理的疏水，导水措施，采空区、废充巷道积水未排放或遇到含水地质构造。没有及时发现突水征兆或发现突水征兆时没有及时采取有效的探水、放水措施。

2.3.3 矿井水害防治评价

根据《煤矿防治水规定》中关于矿井水文地质类型划分表中的相关规定，该矿水文地质类型划分为中等-复杂型。

根据该矿区水文地质条件，对矿井生产构成水害威胁的主要为采空区及旧巷积水和基岩风化裂隙水、岩溶裂隙水、断层破碎带、钻孔等导水因素。距地表200 m 以上石膏矿层多被地下水淋失，形成淋失带，在采矿中造成的人工裂隙或裂隙扩张，或与断裂构造带相遇，有可能引入矿层上伏张夏组灰岩裂隙岩溶水，有透水淹井事故发生的可能，危害作业安全。

3 矿井水害防治措施

3.1 地面防治水

主井井口和副井井口周围以当地历史最高洪水位（包括时家店水库历史最高水位）为防护标准修筑防洪堤，矿区地面塌陷、地裂缝周围，要设截水沟或挡水围堤，对废弃钻孔要及时封闭，并在周围挖掘排水沟，凡井下与周边矿井有连通处的，特别是时家店水库，要严格按照“堵疏结合”的原则，及时进行封堵和疏排水。

在暴雨期间，当地表水上漫时，矿山必须安排人员在矿境范围内进行巡逻，发现水流倒灌现象，立即安排铲车快速堵上塌陷口，防止洪水直接灌入井下。在矿区范围内的低洼地点修筑排水沟，疏通水路。排到地面的井下水，必须导出矿区，并避免倒渗井下。每次降雨，特别是降大到暴雨后，必须派专人检查矿区及附近地面，有无裂隙缝，地表陷落或塌陷现象，发现漏水情况，应及时处理。

3.2 井下防治水

井下堵水：在开采中，必须按开发利用方案留足留够保安隔水矿柱。

井下排水：按《煤矿安全规程》要求，安装工作、备用及维修水泵，且保证工作和备用水泵的排水能力能在20 h 内排完矿井24 h 的涌水量。

各班安全员必须认真观察井下各出水点的涌水量，做好观察记录，发现涌水突然增加异常时，立即报告并通知所有工作人员撤到安全地带。但矿井排水泵不能停，水泵司机必须坚守岗位。

4 结论与建议

4.1 结论

柳河东圣石膏矿为基岩风化裂隙水和岩溶裂隙水充水，含水层为承压水斜地储水构造与矿体边界成带状直接进水的矿床。根据《煤矿防治水规定》中关于矿井水文地质类型划分表中的相关规定，该矿水文地质类型划分为中等-复杂型。

根据该矿区水文地质条件，对矿井生产构成水害威胁的主要为采空区及旧巷积水和基岩风化裂隙水、岩溶裂隙水、断层破碎带、钻孔等导水因素。距地表200 m 以上石膏矿层多被地下水淋失，形成淋失带，在采矿中造成的人工裂隙或裂隙扩张，或与断裂构造带相遇，有可能引入矿层上伏张夏组灰岩裂隙岩溶水或与地表水体贯通，有透水淹井事故发生的可能，危害作业安全。