丰源磷矿灯影组白云岩溶蚀作用对矿井涌水的影响

龙安师 刘小亮 唐轶 蒙泽腾 罗宁

摘 要：灯影组白云岩为贵州丰源磷矿直接充水层，方式为顶板直接充水。经过分析研究表明灯影组白云岩主要为强烈溶蚀性，溶蚀性空隙发育，为矿区的主要含水层。经过对白云岩的分析，其主要成分为MgO、CaO， Si、Fe、Al有少部分，这些易溶于水的元素的含量的多少决定了白云岩的溶蚀空隙的发育程度，直接影响矿井涌水量的多寡。与此，矿区地势陡峭，在雨季，大量的降水順着陡坡直接带走大量的易溶元素，使其空隙不断扩大，地下水大量的涌入矿井。

关键词：贵州丰源磷矿；灯影组；白云岩；溶蚀；防治水

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

1 矿区概况

贵州丰源磷矿坐落于贵州省贵阳市开阳县双流镇，其地理坐标为东经106°47′00″～106°48′32″；北纬27°02′14″～27°05′45″。丰源磷矿为一整合性矿区，生产规模为85万吨/年，矿区面积：7.4832km2，开采标高：1400m～790m；本次工作区位于二采区位于矿区东部。矿区设计采用平硐- 斜坡道开拓，井下无轨道运输。矿区位于扬子准地台鄂湘黔凹陷带黔中隆起北部的洋水背斜南倾伏端近轴部，出露有第四系、寒武系和震旦系地层，地层岩性主要为灰岩与粉砂质页岩互层、粉砂质页岩和白云岩。其中对磷矿区矿井防治水影响最大的是含矿层震旦系灯影组的中厚～厚层系晶白云岩、硅质白云岩地层。矿区属低中山侵蚀、溶蚀型地貌。地表河流发育，一般为季节性溪沟，地表水最终汇入乌江水系[2]。

2 矿区水文特征

2.1 矿区地下水的补给、排泄条件

2.1.1 补给条件

研究表明矿区内灯影组含水层地表水不发育，仅为季节性的溪沟，主要补给还是来至于大气降水，补给通道为溶蚀裂隙；在第四系地层和寒武系地层的出露泉水在经过灯影组白云岩地层时，仅有少部分经过溶蚀裂隙渗入补给含水层，其补给量微乎其微。

2.1.2 排泄条件

在灯影组含水层中，大气降水在给含水层补给后，地下水运移和赋存主要在溶蚀型白云岩溶蚀裂隙和小型岩溶管道中。由于灯影组地层在地貌上形成陡崖，断层发育，在长时间的溶蚀下，各个断层和小型溶蚀管道相互连通形成地水的运移通道。磷矿区内地下水运移方向为：在经过洋水背斜两翼时从南向北流动，经过北端的锰汞厂地区流入洋水河；还有些小部分地下水也流经背斜两翼冲沟时出露成泉经过地表沟渠而排入洋水河。矿区磷矿长期的不断开采与掘进，目前开采的矿井标高已低于地下水位。矿区内的大部分出露泉干涸，区内地下水径流和排泄条件也受到不同程度的破坏，灯影组含水层的地下水大部分已由矿井排出。

2.2 矿井涌水量分析

矿井在涌水量上，由于矿区的长期采掘，矿区地表的原生土层和岩层的破坏程度非常严重，地表水的排泄路径发生了变化。在丰水季节，大量的雨水经陡沱组松散的土层、空隙比较发育的岩层渗流进入含水层，在地下不同类型含水层中的各类空隙，包括溶蚀裂隙、溶蚀孔隙、溶蚀空洞等，这些空隙不断增大相互联通成为地下水渗流入矿井的直接通道。根据监测结果显示矿井的涌水量与降水量并没有成递增的关系，只是由地表排泄经井口位置排入矿井造成矿井涌水量的增加。通过长年的测量，正常的涌水量为：1400m3/d，最大涌水量为：1820m3/d，相对的变化系数为1.3。由上分析可知矿井涌水量的直接影响应是灯影组白云岩含水层溶蚀作用导致溶蚀空隙增大后各空隙相互联通使得含水层地下水直接涌入矿井，大气降水和地表水不是导致矿井涌水量增大的主要因素，而是间接因素。矿区断层复杂，地窖数量多且勘测不祥，地表水和雨水长年的累积在这些地方，经空隙渗入进矿井造成矿井涌水量的增加。

2.3 灯影组溶蚀型白云岩空隙增大对矿井涌水量的影响

矿区内主要的隔水层为灯影组含水层底顶板之上到陡沱组地层以下，这一隔水层为矿区的大型隔水层，隔水性非常好，从南倾伏端流向北倾伏，隔绝了矿区地表水和矿区地下水的联系，使矿井成为一个完整性、封闭性、独立性相对完好的水文地质单元。

灯影组含水层地层主要为溶蚀型的白云岩，溶蚀空隙较发育，且具有不均一性，地下水主要赋存及运移于溶蚀空隙中，含水层富水性弱至中等，由于岩溶发育的不均一性，导致地下水的埋藏，水力特征及富水性等亦有差异。矿区东（浅）部表现为潜水性质，西（深）部由于有稳定隔水顶板覆盖表现为承压水性质。综上所述，矿区主要充水含水层为不均一溶蚀裂隙含水层，地下水埋藏形式为溶蚀裂隙潜水～承压水。

矿井水的主要补给来自于大气降水。受到季节性的影响在丰水季节，大量地表水渗入地下，大量的易溶型岩石被溶蚀带走，空隙逐渐增大，各裂隙和管道相互连通，断层也互相连通，使其成为地下水的良好运移和赋存通道。地下水位标高高于采矿巷道，灯影组含水层的地下水就通过这些通道大量的涌入矿井，矿井巷道直接成为排水通道，造成磷矿采掘的影响和困难。

3 矿井水灾防治措施

3.1 地表水灾防治措施

矿区地表水较不发育，主要为季节性地降雨。在丰水季节，大气降雨直接进入矿井，对矿井涌水量的大小及采矿的正常进行造成直接性的影响。因此对地表水灾的防治措施应达到合理，经研究对地表水的防治进行了系统性的安排：（1）制定防水计划，建立防汛组织； （2）合理确定井口位置； （3）填堵通道； （4）修筑排（截）水沟。通过这些防治措施，明显的降低了地表水的渗流进入矿井，降低了矿井的涌水量，有效的防御了地表水渗流入矿井。

3.2 地下水灾防治措施

地下水主要为灯影组的白云岩含水层，由于长期的开采，该含水层地下水位已高出矿井巷道，地下水直接涌入矿井，造成矿井涌水量增大；另外还有少部分断层空隙水和矿区周边的老窖积水渗流入矿井。是矿井涌水的主要因素。对此的防治是保障矿区能否正常采掘磷矿最直接的因素。

（1）矿区周边存在大量的老窖，应查明老窖的分布情况以及对矿井涌水的影响，及时的排清老窖里的积水；

（2）对含水层的水涌入矿井设沉淀池、排水沟。每年在雨季来临之前，对矿井排水系统进行系统性、全面的检查。为保证矿井磷矿的正常采掘工作，还应成立一支应对各种险情的强硬队伍；储备足够的抢险物资。

4 结论

综上所述，地表水不是矿井直接涌水的原因，只是在丰水季节造成矿井涌水问题。而直接导致矿井涌水的是灯影组白云岩含水层的白云岩溶蚀作用导致溶蚀空隙不断增大，各裂隙管道、空隙、断层相互连通，形成地下水的运移通道和赋存通道，又加上采矿区的长期开采导致地下水位标高高出矿井巷道，形成了地下水良好的运移条件，地下水因此直接涌入矿井，造成矿井的磷矿采掘困难和危险。

参考文献：

[1]袁飞.贵州省开阳县双流镇丰源磷矿资源储量核实报告[R].贵阳：中化地质矿山总局贵州地质勘查院，2010.

[2]樊晓敏，刘小亮，代昌龙.溶蚀型白云岩含水层对矿井充水影响[D].六盘水师范学院，贵州 六盘水.

作者简介：龙安师（1992-），男，本科，研究方向：地质工程。