柳河東圣石膏礦水文地質特征及礦井水害防治研究

張 春

吉林省第四地質調查所, 吉林 通化 134001

柳河東圣石膏礦位于柳河縣時家店鄉，礦井始建于1995 年8 月，企業性質為民營。生產規模為2 萬噸/年，采用地下開采方式，設有主、副井兩個生產井口。

1 礦區地質環境背景

1.1 自然地理

礦區屬北溫帶大陸性季風氣候，四季分明，年溫差較大，最高氣溫為35.7 ℃，最低氣溫-37.2 ℃。年降水量500～700 mm,年平均風速為18.4 m/s，最大凍土深度為1.26 m。

礦區內主要河流為時家店河，其上游有時家店水庫，蓄水能力1504 萬立方米。礦區處于禿老婆頂子南部山區邊緣地帶，山勢較低緩，屬侵蝕構造中低山區，最低侵蝕基準面標高400 m。

1.2 礦區地質概況

礦區大地構造位置處于：中朝準地臺（I）、遼東臺隆（Ⅱ）、鐵嶺—靖宇臺拱（Ⅲ）、樣子哨凹陷褶斷束（Ⅳ）中部時家店向斜西翼。

礦區內出露地層主要為早古生代寒武系巖系，地層發育較齊全，主要為堿廠組、饅頭組、毛莊組、張夏組、固山組，巖石類型主要有砂巖、頁巖、灰巖、白云質灰巖等。呈軸向近南北的開闊向斜展布，向斜西翼地層稍陡，傾角30°～40°，東翼地層較緩，傾角10°～20°。與上覆奧陱系整合接觸。時家店向斜為礦區基本構造形式，向斜核部為禿老婆頂子，軸部近南北，長約8 km，寬約7 km,是一短軸向斜，次一級褶皺發育。

區內斷層按展布方向及先后生成順序關系大致可分為三組，即北東向、北西向及近南北向，其中，北東向斷層規模較大，為逆斷層，斷層附近膏體溶失嚴重，形成一定厚度的淋失帶。

礦區內巖漿巖不發育，僅見有霏細巖呈脈狀沿北東向斷裂帶侵入，長1～12 km，寬幾米至近百米，產狀平緩，對礦層有切割作用，并局部構成了與風化裂縫帶的水力聯系，形成了石膏礦層淋蝕帶及少量涌水現象。

1.3 礦體特征

礦層賦存于古生界寒武系饅頭組上部含膏巖段中，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%。

該礦層在區內構造穩定，空間分布明顯集中于時家店向斜的核部，礦層品位、厚度均較穩定，礦層沿走向、傾向延伸均較大，其產狀總的表現為軸向近南北，呈較寬闊的向斜構造，東翼緩，傾角10°～20°；西翼陡，傾角達45°，向斜核部礦層近水平。

2 礦區含水層特征

2.1 礦區含水層劃分

根據礦區地下水的賦存條件、物理性質、水力特征等，將礦區地下水劃分為以下幾種類型：

2.1.1 松散巖類孔隙水

主要分布于山間溝谷地段，由第四系的亞粘土、砂礫石組成，含水層厚度1.5～2.5 m,水位埋深一般為0.6 m,單井涌水量96～520 m3/d，富水性中等。水化學類型為HCO3-Ca 型水，pH 值為7.0～7.5，礦化度0.4～0.5 g/L，接受大氣降水補給及基巖裂隙水補給。

2.1.2 基巖風化裂隙水

在區域上普遍發育，巖性為凝灰質砂巖、凝灰巖、頁巖、泥巖，覆蓋于古生界煤系地層之上，在長期風化作用下，形成20～30 m 風化裂隙，構成了基巖風化裂隙含水帶。它直接接受大氣降水的補給，單井涌水量為220～350 m3/d，富水性弱，水化學類型為HCO3-Ca—Mg 型水，pH 值為7.0～7.5，礦化度90 mg/L。

2.1.3 碳酸鹽巖類裂隙水

主要活動在張夏組，堿廠組灰巖的溶隙與溶洞中，巖層均呈北北東—北東向單斜紋分布，深受構造、地形等影響，在通化地區石膏礦地表雖未見溶洞與泉水，但在同類礦山曾發生過大量涌水淹井事故應給予極大的關注。

2.1.4 礦體淋失帶溶孔溶隙水

含膏層長期裸露與地表風化作用結果，造成風化帶與石膏發生置換與溶蝕，形成膏層溶蝕（淋失）帶內活動有溶孔溶隙水，為條帶狀北北東向—北東向展布，其頂底板巖層是泥質白云巖段隔水層。淋失帶為泥質、白云質，置換石膏后的碳酸鹽等組成，形成一定程度的溶孔與溶裂，為本礦區傾斜的弱含水層，含水帶厚3.65～15.8 m，斜深250～400 m，水位埋深20～60 m，接受大氣降水，風化裂隙水補給，局部地段有構造裂隙水補給，該含水層是礦層頂板邊界向上延伸部分，嚴重破壞了局部礦層頂板的穩固性，是采礦過程應關注的事故隱患之一。

2.1.5 隔水層

礦區內有較好的隔水層，由寒武系崮山組、徐莊組、毛莊組泥鈣質粉砂巖、粉砂質頁巖、泥巖等組成，隔水性能良好；礦層頂底板主要由粉屑狀泥質白云巖、粉屑狀含鐵泥質白云巖組成，巖性均一，隔水性能良好。

2.2 礦井充水因素、涌水量分析、主要突水點位置、突水量

本礦床為基巖風化裂隙水和巖溶裂隙水充水礦床，礦井主要充水來源為大氣降水，礦區斷裂構造，層間裂隙及淋失帶是區內主要導水構造或容水構造，礦山正常涌水量為1 440～1 560 t/d。在采礦過程中造成的人工裂隙或裂隙擴張，或與斷裂構造帶相通，導致井下臨頭水增大，為該礦主要充水因素。時家店河（時家店水庫）地表水是礦井另一主要充水因素，考慮到該井上部形成了礦體淋失帶，可能造成地表水體沿人工裂隙或裂隙擴張，或與斷裂構造帶相遇導入井下。

礦層上部含水層張夏組灰巖裂隙巖溶水，具巖溶溶隙，溶槽及溶洞，雖分布面積較小，據省內同類礦床資料顯示張夏組富含溶洞，并見有富水溶洞，又位于礦層上部，具有一定的水危害隱患。根據礦山實測資料，礦山在標高60～210 m 處 ,平均涌水量為190 t/d,枯水期140 t/d, 豐水期240 t/d。

礦井主要突水點位置在+155 m 標高巷道一處、+80 m 標高巷道一處、+70 m 標高巷道一處、+55 m標高巷道一處，四處突水點突水量為160 t/d。

2.3 礦井開采水害影響程度評價和水害防治工作

2.3.1 水危害的破壞形式

地表水或突然大量降雨通過400 m、407 m 標高明斜井井口涌入井下，造成巷道甚至礦井被淹。地下水長期浸潤蝕變裂隙地段，會造成巖礦體破碎帶內泥化、軟化而導致局部冒頂、掉塊、片幫等事故。

3.3.2 產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。

穿爆作業或地壓活動影響造成新的裂隙與淋失帶內水體或與張夏組含水溶洞貫通，導致井內大量涌水。

采掘過程中沒有采取合理的疏水，導水措施，采空區、廢充巷道積水未排放或遇到含水地質構造。沒有及時發現突水征兆或發現突水征兆時沒有及時采取有效的探水、放水措施。

2.3.3 礦井水害防治評價

根據《煤礦防治水規定》中關于礦井水文地質類型劃分表中的相關規定，該礦水文地質類型劃分為中等-復雜型。

根據該礦區水文地質條件，對礦井生產構成水害威脅的主要為采空區及舊巷積水和基巖風化裂隙水、巖溶裂隙水、斷層破碎帶、鉆孔等導水因素。距地表200 m 以上石膏礦層多被地下水淋失，形成淋失帶，在采礦中造成的人工裂隙或裂隙擴張，或與斷裂構造帶相遇，有可能引入礦層上伏張夏組灰巖裂隙巖溶水，有透水淹井事故發生的可能，危害作業安全。

3 礦井水害防治措施

3.1 地面防治水

主井井口和副井井口周圍以當地歷史最高洪水位（包括時家店水庫歷史最高水位）為防護標準修筑防洪堤，礦區地面塌陷、地裂縫周圍，要設截水溝或擋水圍堤，對廢棄鉆孔要及時封閉，并在周圍挖掘排水溝，凡井下與周邊礦井有連通處的，特別是時家店水庫，要嚴格按照“堵疏結合”的原則，及時進行封堵和疏排水。

在暴雨期間，當地表水上漫時，礦山必須安排人員在礦境范圍內進行巡邏，發現水流倒灌現象，立即安排鏟車快速堵上塌陷口，防止洪水直接灌入井下。在礦區范圍內的低洼地點修筑排水溝，疏通水路。排到地面的井下水，必須導出礦區，并避免倒滲井下。每次降雨，特別是降大到暴雨后，必須派專人檢查礦區及附近地面，有無裂隙縫，地表陷落或塌陷現象，發現漏水情況，應及時處理。

3.2 井下防治水

井下堵水：在開采中，必須按開發利用方案留足留夠保安隔水礦柱。

井下排水： 按《煤礦安全規程》要求，安裝工作、備用及維修水泵，且保證工作和備用水泵的排水能力能在20 h 內排完礦井24 h 的涌水量。

各班安全員必須認真觀察井下各出水點的涌水量，做好觀察記錄，發現涌水突然增加異常時，立即報告并通知所有工作人員撤到安全地帶。但礦井排水泵不能停，水泵司機必須堅守崗位。

4 結論與建議

4.1 結論

柳河東圣石膏礦為基巖風化裂隙水和巖溶裂隙水充水，含水層為承壓水斜地儲水構造與礦體邊界成帶狀直接進水的礦床。根據《煤礦防治水規定》中關于礦井水文地質類型劃分表中的相關規定，該礦水文地質類型劃分為中等-復雜型。

根據該礦區水文地質條件，對礦井生產構成水害威脅的主要為采空區及舊巷積水和基巖風化裂隙水、巖溶裂隙水、斷層破碎帶、鉆孔等導水因素。距地表200 m 以上石膏礦層多被地下水淋失，形成淋失帶，在采礦中造成的人工裂隙或裂隙擴張，或與斷裂構造帶相遇，有可能引入礦層上伏張夏組灰巖裂隙巖溶水或與地表水體貫通，有透水淹井事故發生的可能，危害作業安全。

4.2 建議

在開采過程中，必須注意加強對礦井采空區、鉆孔、斷層等易導水地點的探放水工作，必須堅持：“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的探放水原則。

在積水的舊井道、老采區、河流、含水層、巖溶帶和流沙層等附近開采時，應留設防水礦柱或劃出安全地段，制定防透水安全措施。

與相鄰礦山必須按設計要求留設安全隔離礦柱，嚴禁開采和破壞。定期收集、調查核對本礦及相鄰礦山的采空區情況，分析查明采空區的空間位置、積水量和水壓，為水害防治工作提供詳實、可靠的技術依據。

要加強與當地氣象、防汛、時家店水庫等部門的聯系，密切關注雨季天氣形勢，在大雨、暴雨期間要停工撤人。

[1] 長春黃金設計院.柳河縣東圣石膏礦礦產資源開發利用方案[Z]. 2005.

[2] 吉林省平安安全技術咨詢有限公司.柳河縣東圣石膏礦安全現狀評價報告[R].2008.

[3] 吉林省平安安全技術咨詢有限公司.柳河縣東圣石膏礦地下礦山地壓災害專項安全評價報告[R]. 2009.