金河磷矿马槽滩矿区大巷突水原因及防治措施剖析①

刘军省

中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州，072754

金河磷矿马槽滩矿区大巷突水原因及防治措施剖析①

刘军省

中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州，072754

金河磷矿马槽滩矿区大巷出现涌水，严重影响了勘查施工与矿山的正常生产。矿区主要充水因素为断裂、构造裂隙充水，主要岩溶含水层及大气降水也对矿床充水有一定影响。F22断裂及破碎带与地表汇水区三道沟联通，突水主要是掘进F22含水断层破碎带引起。今后在采掘探矿过程中遇到断层时要坚持 “有疑必探，先探后掘，疏堵结合，分类防治”的原则，采取疏水降压和注浆改造相结合的方法解决问题，防治突水事故。

马槽滩矿区 水文地质特征 突水原因 防治突水措施

四川省金河磷矿位于四川省什邡市红白镇和绵竹市金花镇交接部。矿山下辖马槽滩、岳家山、兰家坪3个矿区。马槽滩矿区地理位置属绵竹市金花镇。矿区始建于1968年，设计生产能力为50万t/a【1】，由于面临严重资源短缺，矿山进行了限采，现实际生产能力为15万t/a。2008年发生了5.12汶川地震，金河磷矿损失惨重，马槽滩矿区一度停产，但矿山井巷总体破坏不大，当年10月复产。

1 矿区地质及水文地质条件

1.1 地层

矿区出露的地层由老至新主要有：震旦系灯影组第三段（Zdn3）、泥盆系沙窝子组（D3s）、二叠系梁山组（P1）、阳新组（Py）、龙潭组（Plt）和吴家坪组（Pw），下三叠统飞仙关组（T1f）和嘉陵江组（T1j），第四系坡积、冲洪积物在沟谷处分布。震旦系灯影组与上覆泥盆系沙窝子组为区内主要含磷地层。

1.2 构造

矿区位于龙门山前缘推覆体内(大水闸推覆体)和区域性大断裂之间。总体构造线呈北东—南西向，矿区位于大水闸复背斜之南东翼，区内断裂发育且切割褶皱，使褶皱残破不全。矿区构造复杂，主要褶皱有马槽滩倒转背斜、过街楼-唐家山向斜、兰家坪倒转背斜以及其他次级褶皱。矿区断裂以马槽滩正断层、逆断层为主，同时发育多组平移断层（图1）。区内规模较大且对矿体有影响的断裂主要为南北向F132、F22断层；区内还发育北东向F252等断层，以及近东西向一些规模形态差异较大的次级断层、弧形断层等，这些断裂对矿层有一定影响，但总体影响较小。总体看来，矿区断裂具有多期活动性，构造复杂、形式多样，形成于不同时期的断裂构造对矿体水文地质条件起着不同作用。

1.3 水文地质条件

矿区属于整体以溶隙裂隙充水为主、顶底板直接进水、局部（十中段充水破碎带区域）以断裂含水为主的水文地质条件中等的矿床【2～3】。

矿区位于马槽滩倒转背斜的正翼，含水层与隔水层呈缓倾相间产出。其中对矿床充水直接有关的含水层为震旦系（Z2dn）泥盆系（D3s2）裂隙溶隙含水层，分别为矿床底板，顶板，由白云岩组成，岩溶、裂隙均不甚发育，只是矿床底板起伏大，顶部古岩溶发育，溶洞大小不等，多无水，均为弱含水层，钻孔单位涌水量0.016～0.104L/s·m。

隔水层主要为含磷层，该层厚薄不一，本层上下水位差异大，为良好隔水层，一旦揭穿含磷层时，就失去了隔水作用。

矿区深部正层矿位于当地侵蚀基准面以上，地下水主要接受大气降雨补给，以及雨季地表水沿沟谷等的渗漏补给，而二叠系含水层还接受远区的补给，地表以仰天窝、唐家山为分水岭，特有的地形、地貌，特别是大暴雨不利于大气降雨向下渗透。

由于隔水层呈缓倾相间产出和隔水作用，地下水由北向南受阻分别向大致东西两个方向径流，以泉的形式和向坑口排泄。

图1 金河磷矿马槽滩矿区十中段构造平面示意图Fig.1 The structure plane sketch of the tenth level in Macaotan mining area in Jinhe phosphate deposit

2 矿井涌水实例

2007年9月7日坑探工程掘进至10线以东约30m处时，DTa大巷正碛头突然出现大规模涌水，导致DTa大巷及十中段主运输平硐近4000m巷道全部淹没，道床以上最浅约10cm,最深超过40cm,十中段生产作业全面停产。期间最小涌水量为493m3/h,最高涌水量为5735m3/h，短期内无法恢复施工。突水原因初步确定为掘进工作面揭露导水断裂F22的破碎带引起。其后更改施工方案：封堵DTa正碛头，将DTa大巷向南平移100m，继续向东延伸。矿山随即按此方案实施，封堵时采用5根管径为295mm闸阀排水，钢筋混凝土墙厚4m，待混凝土凝固期满后，关闭全部闸阀，然后清理巷道、恢复冲毁轨道。

2008年1月中旬恢复井巷施工。当10线南支施工40m处，碛头右帮、底板共有三处再次出现涌水，并有扩大的迹象。项目再次停工。之后由于5.12大地震，项目被迫终止。

3 突水原因分析

矿山采掘施工过程中造成突水的因素是多方面的，一般是多种因素综合作用的结果，根据现场实际观测及以往地质、水文地质资料行综合分析，认为矿区主要充水因素为断裂、构造裂隙充水，主要岩溶含水层及大气降水也对矿床充水有一定影响。突水主要是掘进F22含水断层破碎带引起的【4】。突水原因分析如下：

3.1 主要含水层

矿山观测资料显示，矿区深部东沿脉矿坑涌水量为13.89L/s，而西部矿坑涌水量却仅为8.56L/s，相差40%，可以看出其充水程度很不均匀，各向异性大，矿床顶底板均为弱含水层，Zdn单位长度涌水量为0.0347L/s，标高970m以上，揭露（Zdn+D3s）向上钻孔均无涌水，矿坑总涌水量仅为1939.0m3/d，因此，通常情况下，沿裂隙、溶隙向矿坑滴淋水为其向矿坑充水的主要形式，其涌水量小，对矿床开采仅为有影响，但构不成威胁。

3.2 大气降水

矿区地形特征是山高谷深，坡陡水急，区内主要为震旦系、泥盆系碳酸盐类岩石为主体形成的陡坡峭壁，自然坡度在50°以上。矿区特有的地形、地貌，大气降水对矿床充水不是很有利，主要是沿裂隙向下渗透。从图2可知，从旱季到雨季，矿坑涌水量变化不大，其与大气降雨不甚密切，且滞后时间10～20d，只是当暴雨来时，地表水沿沟谷等裂隙（缝）向矿坑呈脉状充水，矿坑涌水量才有所增加，如1992年6月12日降雨为118.1mm，矿坑涌水量由暴雨前的18.2L/s增大到暴雨时的20.8L/s，水体变浑浊，暴雨过后又减少到14.2L/s，增大相对幅度为15%。但随着矿山40余年的开采，采空区面积增加，地表变形破坏加剧，裂缝、塌陷不断扩大，大气降雨沿地表塌陷（主要为沟谷地段）等向矿坑大量充水，因此十中段涌水量、浊清度均在较大程度上受到地表降雨影响，该破碎带与地表已贯通，且该区域汇水面积较大。

图2 马槽滩矿区深部正层矿坑道流量与大气降雨关系曲线图Fig.2 The relationship between the rainfall and the tunnel flow of the ore bed in nomal order in the deep

3.3 F22断裂破碎带

由于区域性F1、F2大断裂的相互挤压错动的影响，在矿床范围内产生众多不同规模的断裂，其复杂和发育程度已被前期和本期勘探所查证，有F132、F107、F254、F255、F22等，以及众多派生分枝和分枝复合的小断裂，造成东沿脉大巷涌水的F22断裂破碎带简述如下：

F22：为一走向近南北，倾向东，倾角36～57°的正断层，断层延伸长度大于9km，破碎带宽82～146m，切割正反两层矿，断面紧闭有波状起伏，局部破碎严重。F22是金河磷矿马槽滩矿区和兰家坪矿区的分界断裂，其破碎带裂隙和溶洞群可能已与地表三道沟汇水区联通。

三道沟为分隔金河磷矿马槽滩与兰家坪两矿区的峡谷，沟口高程930m,沟顶高程约2500m，沟长超过4500m，汇水面积超过20km2。涌水点地表高程为1600～1700m，距三道沟距离约500m，位于三道沟中下部。沟内除雨季暴雨形成洪流外，全年无地表径流。因此从涌水曲线图上（图3）可以看出，在晴好天气，涌水为500～800 m3/h的稳定状态，一旦出现降雨，涌水量就陡增，大气降水立即成为井下涌水。

综上分析，F22断裂及破碎带与地表汇水区三道沟联通，其涌水对开采有重大影响，必要时井巷开拓应避免穿越。

图3 2007年9～10月十中段DTa巷道涌水量变化图Fig.3 The chart of water yield of the DTa roadway in tenth level from September to October in 2007

4 防治突水措施

根据以上分析，结合矿区实际，认为防治马槽滩矿区突水可以从以下几个方面入手。

（1）严格执行规范、规程。金河磷矿为老矿山，已开采多年，经过多次勘探对矿山水文地质条件已有深刻认识，详查未开展专门水文地质调查。矿山多年开采，水文地质条件已发生变化，诱导了本次突水事故的发生。因此，必须坚持“有疑必探，先探后掘，疏堵结合，分类防治”的防治水原则。

（2）建立专门水文地质记录台账。矿山应建立健全各类水文地质记录表及相关图件，逐步建立地下水位，涌水量，涌水点，突水点，钻孔水文地质编录记录等数据库，逐头逐面进行水害预报，提高预报水平【5】。

（3）加强矿床疏干排水措施，用大功率的排水泵进行生产排水，使矿山能够正常生产且能够具备应对较大突水灾害的防治能力。

（4）防治断裂突水。掘进F22断裂破碎带导致突水后，尽管封堵了正碛头，将大巷向南平移了100m，但再次发生涌水，并有扩大的迹象。说明简单注浆封堵措施已经不能解决问题，断层破碎带规模大，富水性强，导水性好。俗话说，堵不如疏，矿山突水事故应堵疏结合，所以此时应进一步查明断层富水性质及三道沟流域地表汇水特征，采取疏水降压和注浆改造相结合的方法解决问题。

5 结语

（1）矿区主要充水因素为断裂、构造裂隙充水，主要岩溶含水层及大气降水也对矿床充水有一定影响。F22断裂及破碎带与地表汇水区三道沟联通，突水主要是掘进F22含水断层破碎带引起。

（2）金河磷矿需进一步加强矿区水文地质预测预报，在采掘探矿过程中遇到断层时 “有疑必探，先探后掘，疏堵结合，分类防治”，可防治突水事故。

1 周英武，李建新，肖志能，等.四川省什邡县红白乡马槽滩磷矿区正层矿深部补充勘探三期工程储量报告[R].四川德阳，四川省金河磷矿.1993

2 邓小林,黄富荣,刘军省,等.四川省德阳市金河磷矿深部详查报告[R].河北涿州：中化地质矿山总局地质研究院.2011

3 钱学溥.对勘查规范开采技术条件部分的解读与修订意见.国土资源部网站矿产储量评审论坛.2009

4 中华人民共和国国家标准GB12719-91.矿区水文地质工程地质勘探规范.国家技术监督局.1991

5 地质部水文地质工程地质技术方法研究队.水文地质手册[M].北京：.地质出版社.1978

ANALYSIS OF THE ROADWAY WATER INRUSH REASON IN MACAOTAN MINING AREA IN JINHE PHOSPHATE DEPOSIT AND PREVENTION MEASURES

Liu Junxing
Research Institute of Geological,China Chemical Geological and Mine Bureau, Zhuozhou 072754,Hebei,China

The roadway of Macaotan mining area in Jinhe phosphate deposit appears gushing, seriously affected the construction of survey and the mine normal production. The main factor in water-filled mine is fracture and structural cracks filled with water, The main karst aquifer and precipitation also have some impact on the water-filled deposit. F22 fault and fracture zones connect Sandaogou surface catchment area, Water inrush is mainly caused by boring F22 fault fracture zone. We encountered faults in mining exploration in the future should adhere to the principle of " the suspects will be exploration, first exploration after excavation, the combination of dredge and containment, classification Prevention", take the method of hydrophobic buck and grouting reconstruction combined to solve the problem, preventing water inrush.

Macaotan mining area Hydrogeological characteristics Causes of water inrush Water inrush prevention measures

P641.46

A

1006-5296（2014）01-0112-05

① 此文获中化地质矿山总局地质研究院、地质调查总院“第三届青年学术研讨会”论文三等奖* 第一作者简介：刘军省（1981～），男，勘查技术与工程专业，工程师

2014-03-24；改回日期：2014-04-08