豐源磷礦燈影組白云巖溶蝕作用對礦井涌水的影響

龍安師 劉小亮 唐軼 蒙澤騰 羅寧

摘 要：燈影組白云巖為貴州豐源磷礦直接充水層，方式為頂板直接充水。經過分析研究表明燈影組白云巖主要為強烈溶蝕性，溶蝕性空隙發育，為礦區的主要含水層。經過對白云巖的分析，其主要成分為MgO、CaO， Si、Fe、Al有少部分，這些易溶于水的元素的含量的多少決定了白云巖的溶蝕空隙的發育程度，直接影響礦井涌水量的多寡。與此，礦區地勢陡峭，在雨季，大量的降水順著陡坡直接帶走大量的易溶元素，使其空隙不斷擴大，地下水大量的涌入礦井。

關鍵詞：貴州豐源磷礦；燈影組；白云巖；溶蝕；防治水

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.068

1 礦區概況

貴州豐源磷礦坐落于貴州省貴陽市開陽縣雙流鎮，其地理坐標為東經106°47′00″～106°48′32″；北緯27°02′14″～27°05′45″。豐源磷礦為一整合性礦區，生產規模為85萬噸/年，礦區面積：7.4832km2，開采標高：1400m～790m；本次工作區位于二采區位于礦區東部。礦區設計采用平硐- 斜坡道開拓，井下無軌道運輸。礦區位于揚子準地臺鄂湘黔凹陷帶黔中隆起北部的洋水背斜南傾伏端近軸部，出露有第四系、寒武系和震旦系地層，地層巖性主要為灰巖與粉砂質頁巖互層、粉砂質頁巖和白云巖。其中對磷礦區礦井防治水影響最大的是含礦層震旦系燈影組的中厚～厚層系晶白云巖、硅質白云巖地層。礦區屬低中山侵蝕、溶蝕型地貌。地表河流發育，一般為季節性溪溝，地表水最終匯入烏江水系[2]。

2 礦區水文特征

2.1 礦區地下水的補給、排泄條件

2.1.1 補給條件

研究表明礦區內燈影組含水層地表水不發育，僅為季節性的溪溝，主要補給還是來至于大氣降水，補給通道為溶蝕裂隙；在第四系地層和寒武系地層的出露泉水在經過燈影組白云巖地層時，僅有少部分經過溶蝕裂隙滲入補給含水層，其補給量微乎其微。

2.1.2 排泄條件

在燈影組含水層中，大氣降水在給含水層補給后，地下水運移和賦存主要在溶蝕型白云巖溶蝕裂隙和小型巖溶管道中。由于燈影組地層在地貌上形成陡崖，斷層發育，在長時間的溶蝕下，各個斷層和小型溶蝕管道相互連通形成地水的運移通道。磷礦區內地下水運移方向為：在經過洋水背斜兩翼時從南向北流動，經過北端的錳汞廠地區流入洋水河；還有些小部分地下水也流經背斜兩翼沖溝時出露成泉經過地表溝渠而排入洋水河。礦區磷礦長期的不斷開采與掘進，目前開采的礦井標高已低于地下水位。礦區內的大部分出露泉干涸，區內地下水徑流和排泄條件也受到不同程度的破壞，燈影組含水層的地下水大部分已由礦井排出。

2.2 礦井涌水量分析

礦井在涌水量上，由于礦區的長期采掘，礦區地表的原生土層和巖層的破壞程度非常嚴重，地表水的排泄路徑發生了變化。在豐水季節，大量的雨水經陡沱組松散的土層、空隙比較發育的巖層滲流進入含水層，在地下不同類型含水層中的各類空隙，包括溶蝕裂隙、溶蝕孔隙、溶蝕空洞等，這些空隙不斷增大相互聯通成為地下水滲流入礦井的直接通道。根據監測結果顯示礦井的涌水量與降水量并沒有成遞增的關系，只是由地表排泄經井口位置排入礦井造成礦井涌水量的增加。通過長年的測量，正常的涌水量為：1400m3/d，最大涌水量為：1820m3/d，相對的變化系數為1.3。由上分析可知礦井涌水量的直接影響應是燈影組白云巖含水層溶蝕作用導致溶蝕空隙增大后各空隙相互聯通使得含水層地下水直接涌入礦井，大氣降水和地表水不是導致礦井涌水量增大的主要因素，而是間接因素。礦區斷層復雜，地窖數量多且勘測不祥，地表水和雨水長年的累積在這些地方，經空隙滲入進礦井造成礦井涌水量的增加。

2.3 燈影組溶蝕型白云巖空隙增大對礦井涌水量的影響

礦區內主要的隔水層為燈影組含水層底頂板之上到陡沱組地層以下，這一隔水層為礦區的大型隔水層，隔水性非常好，從南傾伏端流向北傾伏，隔絕了礦區地表水和礦區地下水的聯系，使礦井成為一個完整性、封閉性、獨立性相對完好的水文地質單元。

燈影組含水層地層主要為溶蝕型的白云巖，溶蝕空隙較發育，且具有不均一性，地下水主要賦存及運移于溶蝕空隙中，含水層富水性弱至中等，由于巖溶發育的不均一性，導致地下水的埋藏，水力特征及富水性等亦有差異。礦區東（淺）部表現為潛水性質，西（深）部由于有穩定隔水頂板覆蓋表現為承壓水性質。綜上所述，礦區主要充水含水層為不均一溶蝕裂隙含水層，地下水埋藏形式為溶蝕裂隙潛水～承壓水。

礦井水的主要補給來自于大氣降水。受到季節性的影響在豐水季節，大量地表水滲入地下，大量的易溶型巖石被溶蝕帶走，空隙逐漸增大，各裂隙和管道相互連通，斷層也互相連通，使其成為地下水的良好運移和賦存通道。地下水位標高高于采礦巷道，燈影組含水層的地下水就通過這些通道大量的涌入礦井，礦井巷道直接成為排水通道，造成磷礦采掘的影響和困難。

3 礦井水災防治措施

3.1 地表水災防治措施

礦區地表水較不發育，主要為季節性地降雨。在豐水季節，大氣降雨直接進入礦井，對礦井涌水量的大小及采礦的正常進行造成直接性的影響。因此對地表水災的防治措施應達到合理，經研究對地表水的防治進行了系統性的安排：（1）制定防水計劃，建立防汛組織； （2）合理確定井口位置； （3）填堵通道； （4）修筑排（截）水溝。通過這些防治措施，明顯的降低了地表水的滲流進入礦井，降低了礦井的涌水量，有效的防御了地表水滲流入礦井。

3.2 地下水災防治措施

地下水主要為燈影組的白云巖含水層，由于長期的開采，該含水層地下水位已高出礦井巷道，地下水直接涌入礦井，造成礦井涌水量增大；另外還有少部分斷層空隙水和礦區周邊的老窖積水滲流入礦井。是礦井涌水的主要因素。對此的防治是保障礦區能否正常采掘磷礦最直接的因素。

（1）礦區周邊存在大量的老窖，應查明老窖的分布情況以及對礦井涌水的影響，及時的排清老窖里的積水；

（2）對含水層的水涌入礦井設沉淀池、排水溝。每年在雨季來臨之前，對礦井排水系統進行系統性、全面的檢查。為保證礦井磷礦的正常采掘工作，還應成立一支應對各種險情的強硬隊伍；儲備足夠的搶險物資。

4 結論

綜上所述，地表水不是礦井直接涌水的原因，只是在豐水季節造成礦井涌水問題。而直接導致礦井涌水的是燈影組白云巖含水層的白云巖溶蝕作用導致溶蝕空隙不斷增大，各裂隙管道、空隙、斷層相互連通，形成地下水的運移通道和賦存通道，又加上采礦區的長期開采導致地下水位標高高出礦井巷道，形成了地下水良好的運移條件，地下水因此直接涌入礦井，造成礦井的磷礦采掘困難和危險。

參考文獻：

[1]袁飛.貴州省開陽縣雙流鎮豐源磷礦資源儲量核實報告[R].貴陽：中化地質礦山總局貴州地質勘查院，2010.

[2]樊曉敏，劉小亮，代昌龍.溶蝕型白云巖含水層對礦井充水影響[D].六盤水師范學院，貴州 六盤水.

作者簡介：龍安師（1992-），男，本科，研究方向：地質工程。