谦比希铜矿西矿体700中段运输巷掘进掌子面涌(突)水的来源判别

黄支刚, 梁权宇

(中色非洲矿业有限公司,赞比亚 基特韦市 22592)

0 引言

谦比希铜矿是中国企业在海外开发最早、最成功的一座大型矿山,行政区划属于赞比亚共和国铜带省基特韦市谦比希镇[1]。位于著名的加丹加—赞比亚铜钴成矿带上,发育在卢富里安褶皱带东南段,卡富埃背斜西翼的谦比希—恩卡纳盆地北缘[1-2]。谦比希铜矿由3个矿体组成,分别为主矿体、西矿体和东南矿体。

2022年上半年,西矿体的开拓工程主要部署在700中段施工。从4020线开始往西到掘进掌子面,水头越来越高,中段运输巷的顶板及两帮逐渐从滴水发展到淋水状态。2022年6月25日,当凿岩台车在700水平刚过4200线的中段运输巷掘进掌子面施工时,正在施工的炮孔涌水量突然增大(>800 m3/d),接着在掌子面下方施工另外两个炮孔的涌水量也突然增大(>600 m3/d)。鉴于矿山发生过坑内钻探钻进到燧石白云岩主含水层,大量水夹着沙沿着钻孔涌入矿坑造成半条坑道被淹的经验,出于安全考虑当即停止了该掘进工作面的施工,并用木塞把最后施工的2个炮孔堵住。

坑道涌(突)水一直都是困扰矿山生产和安全运营的难题,尤其在地下矿山中的涌(突)水问题更是突出、复杂[3]。由于生产任务紧张,而这次涌(突)水事件严重威胁着生产安全,需要尽早准确评价涌(突)水的安全性,提出相应防治水措施,确保生产的安全和生产任务的按时完成。解决矿山的涌(突)水问题,首先就是要查清楚补、径、排条件,然后才能进行科学的安全性评价。而快速准确地识别涌(突)水的来源是解决涌(突)水问题的核心[3-4]。因此,要求尽快识别出700中段运输巷掘进掌子面涌(突)水的来源。

1 矿区水文地质概况

1.1 含隔水层段划分

矿区内出露的地层有基底花岗岩、下罗恩组、上罗恩组及第四系。根据矿区内地下水的形成、赋存条件、水力特征将地下水分为三大类型:基岩裂隙水、岩溶水和松散孔隙水。基岩裂隙水含水层主要发育在下罗恩组所在的泥质石英岩、变质砂岩、砂质板岩中,岩溶水含水层主要发育在上罗恩组的碳酸盐岩中。隔水层主要分布在下罗恩组的片岩、泥质板岩、泥质石英岩、石英岩和基底花岗岩中。根据矿区地层的岩性组合、结构构造特征、岩溶及裂隙的发育程度,参考水文钻孔分层抽水试验的单位涌水量(表1)和渗透系数(表2)对地层富水性和渗透性的划分,把矿体内地层划分为6个含水性能不同的含隔水层段(图1),由下向上分别为基底花岗岩隔水层段(Ⅰ段)、相对隔水层段/“砂层”含水层段(Ⅱ段)、矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)、上部石英岩主隔水层段(Ⅳ段)、岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)、孔隙含水层段(Ⅵ段)。

表1 含隔水层的钻孔单位涌水量统计及富水性划分

表2 含隔水层段钻孔分层抽水试验渗透性划分

含隔水层段由下至上的岩性及富水性等特征:

(1)基底花岗岩隔水层段(Ⅰ段)

基底花岗岩(BSG)的岩体稳定性好,裂隙少,为广泛、连续的隔水层。钻孔单位涌水量一般≤0.13 L/(s·m),富水性弱(表1)。渗透系数为0.8～3.0 cm/d,平均值为1.7 cm/d,弱透水(表2)。重要的开拓工程部署在此层位,如主井、副井、通风井及主斜坡道。

(2)相对隔水层段/“砂层”含水层段(Ⅱ段)

相对隔水层段/“砂层”含水层段(Ⅱ段)包含2个地层岩性段,即下部的长石石英岩(LFQ)岩性段和上部的泥质石英岩(LAQ)岩性段。长石石英岩(LFQ)较致密完整,为隔水层。底部有一层厚约8 m的底砾岩,通常发育有剪切带,裂隙率比长石石英岩高些,为弱含水层。中段运输巷、部分斜坡道布置在该层。泥质石英岩(LAQ)成分复杂,夹有含小块白云石结核的灰色砂砾质片状泥板岩和白云质泥板岩,底部有一层厚约2 m的粗砾岩作为与下部长石石英岩的分界标致层[7],但粗砾岩从3900勘探线向西逐渐尖灭。相对隔水层段在主矿体和西矿体大部分区域作为相对隔水层,在西矿体往西逐渐转为含水层。

在西矿体600中段及以下,从3900勘探线往西,泥质石英岩(LAQ)的规模逐渐增大,其夹的白云质泥板岩及白云岩结核越来越多,且越来越破碎松软,可溶蚀。从600中段和700中段西端的钻孔及采联坑道揭露情况来看,溶蚀“砂化”现象明显,当钻孔钻遇白云质成分较高的泥板岩,受钻压碾磨后呈“砂土”状,自稳能力极差,孔隙度及渗透性较高,钻孔涌水量突然增大。在700中段水头高度约200 m的4140线施工的NQ孔径钻孔,刚穿完Ⅱ段的钻孔涌水量可达700 m3/d以上。含有溶蚀“砂化”明显、自稳能力差、受压呈“砂土”状的白云质泥板岩的岩性段被称之为“砂层”含水层。由此认为,泥质石英岩(LAQ)的富水性取决于内部“砂层”的发育程度,“砂层”受层间剪切带、层间破碎带和白云质成分含量的联合控制较为明显,主要分布于谦比希盆地西北缘的转折部位。对于主、西矿体来说,Ⅱ段在大部分区域作为相对隔水层,往西逐渐转为含水层。

“砂层”含水层段(Ⅱ段)的水化学类型为 SO4·HCO3-Ca 型水,pH值为6.2～6.6,总溶解固体(TDS)为200～300 mg/L,平均值为250 mg/L。在主、西矿体范围内,钻孔单位涌水量一般为0.08～0.9 L/(s·m),平均值为0.5 L/(s·m),富水性中等;渗透系数一般为3.5～9.7 cm/d,平均值为7.2 cm/d,透水性弱。但在西矿体西端,钻孔单位涌水量高达4.28 L/(s·m),属强富水;渗透系数可达7652 cm/d以上,属强透水。

(3)矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)

矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)包含两个岩性段,即下部的含矿(矿化)砂板岩(LOS)岩性段和上部的石英岩与泥板岩互层(LHI)岩性段。① 含矿(矿化)砂板岩(LOS)按岩性从底至顶可分为底板片岩、矿体砂板岩和顶板泥板岩三个岩层单元,厚度为15～25 m。其中底板片岩、顶板泥板岩为相对隔水层,而矿体砂板岩是含水层[7]。谦比希砂页岩型铜矿这种具有两个隔水层(弱含水层)夹含水层的地层结构特征,可以与砂岩型铀矿类比,可能也是成矿的关键因素之一。矿体砂板岩是矿区的主要含水层之一,富水性中等,裂隙率为3%,渗透系数K为6～10 m/s。据徐京苑等[8]于1999年估算仅矿体砂板岩(LOS)中的出水量占全矿的30%～50%。② 石英岩与泥板岩互层(LHI)分布,厚约35 m,下部的泥板岩含有白云质,比较松软并可溶蚀,富水性和渗透性较强。目前粗略估算矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)出水量约占全矿出水量的70%以上。

矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)因富含黄铜矿、黄铁矿、石膏和白云质,其水化学类型为SO4·HCO3-Ca·Na型水,pH值约为7.2,总溶解固体(TDS)为550～800 mg/L,平均值为700 mg/L。钻孔单位涌水量1.3～3.8 L/(s·m),平均值为2.1 L/(s·m),富水性强。渗透系数29.7～264.3 cm/d,平均值为187.9 cm/d,透水性中等。

(4)上部石英岩主隔水层段(Ⅳ段)

上部石英岩主隔水层段(Ⅳ段)的岩性为石英岩(LUQ),厚度一般为10～15 m,岩层裂隙率低且较完整。LUQ作为隔水层,其稳定性和隔水性都较好,是其上部上罗恩组白云岩岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)和下部的矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)的隔水核心[8]。目前探矿疏水孔打到该层即终孔。

(5)岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)

岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)按岩性可分为下部的石英岩与白云质砂板岩互层(UISQ)岩性段、中部的燧石白云岩 (UCD)岩性段和上部的白云岩(UIU)岩性段。其中燧石白云岩(UCD)岩性段的富水性最强,透水性也最强,是矿区最重要也是最具威胁的强含水层,称为“主含水层”。岩性主要为孔隙明显的砂糖状白云岩、坚硬的重结晶白云岩夹燧石巨砾,下部普遍含有石膏。由于石膏的易溶性使得岩层孔隙发育,孔隙率可达10%或更高。溶蚀强烈的地段含水层往往呈现砂状白云岩[9]。

岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)的水化学类型为 SO4·HCO3-Ca 型水,pH值约为7.5,总溶解固体(TDS)为1000～1400 mg/L,平均值约为1200 mg/L。由于燧石白云岩是矿区最强含水层,也是威胁最大的含水层,抽水试验主要在该段开展。钻孔单位涌水量为4.8～13.7 L/(s·m),平均值为9.3 L/(s·m),富水性极强。渗透系数为55 643～133 977 cm/d,平均值为96 806 cm/d,透水性极强。

(6)孔隙含水层段(Ⅵ段)

孔隙含水层段(Ⅵ段)主要发育在第四系,第四系的厚度一般为15～70 m,平均厚约40 m。第四系由残积物和冲积物组成,上部的冲积物岩性为亚黏土夹砂砾石,下部的残积物岩性为灰褐色的泥质粉砂、粉砂质黏土。它不整合于上、下罗恩组及基底花岗岩之上。多数富水性较弱,但是接受大气降雨的补给能力较强,降雨地表入渗系数约为0.15。由第四系和风化带组成的“统一”含水层,虽然透水性中等,但其厚度大,可以构成矿体内主要含水层的补给水源。

1.2 风化与岩溶特征

1.2.1 风化

矿区雨季湿热多雨,雨季月平均降雨量约300 mm。平缓的地形和茂盛的植被有利于大气降水的入渗,导致风化作用、岩溶作用较强。风化带含水层的厚度一般为20～60 m,最厚处可超过100 m。这些近地表发育的岩溶和风化裂隙,使得各含水层在风化带形成广泛连续的“统一”含水层。在基岩风化带中掘进的竖井,涌水量一般小于10 m3/h。

1.2.2 岩溶

岩溶从岩性上看,主要在上罗恩组发育;从深度上看,主要发育在浅部。随着深度的增加,地下水中二氧化碳减少,岩溶作用越来越小。如在主、西矿体作为强含水层的燧石白云岩,在东南矿体深部就成了隔水层[10]。

由此认为:一是在矿区浅部主要是通过风化裂隙来沟通各含水层之间的水力联系;二是上罗恩组白云岩在浅部作为强含水层,向深部逐渐转为隔水层。在主、西矿体878中段以上仍为强含水层。

1.3 地质构造特征

矿体范围内构造并不发育,以小型褶皱构造为主,以断裂构造为辅。在主西矿体范围内尚未发现具有一定规模的断层。如露天坑出露的上部石英岩虽然发生了褶皱但没有被错断,并没有破坏作为隔水层的完整性[11]。

2 涌(突)水条件分析

中段运输巷掌子面发生涌(突)水事故,涌(突)水的水源和导水通道这两个条件必须同时满足。

从涌(突)水的水源上分析,对中段运输巷构成涌(突)水威胁的含水层首先是岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段),其次为矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)和“砂层”含水层段(Ⅱ段)。其中岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)的燧石白云岩层(UIU)为强含水层,富水性极强,透水性也极强,静储量丰富。近20多年来,未对岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)进行疏干,仅对矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)进行疏干,这就大大降低了疏干放水强度,也节约了开采成本。2012年,在878 mL水平进行探矿疏水孔施工,由于未及时查看现场岩心,坑内钻钻进岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)的燧石白云岩主含水层,引发钻孔突水涌沙事故,淹没钻机和半条巷道。因此,目前最担心涌(突)水来自主含水层,它可以源源不断的大量补给地下水,造成涌(突)水事故。虽然矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)的富水性强,但是透水性中等,如果涌突水来源于该层段,初步认为涌水事故比突水事故更容易引发。“砂层”含水层段(Ⅱ段)的静储量受谦比希盆地的形态控制而规模相对较小,掘进打到“砂层”含水层段(Ⅱ段)时,刚开始涌水量较大,但是随着疏水工作的进行,“砂层”含水层段(Ⅱ段)的静水量被慢慢排尽,涌水量越来越小,越来越安全。由上分析可知,矿山具备发生涌(突)水事故的水源条件,特别是岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)具备给涌(突)水提供源源不断地下水补给的水源条件。

从导水通道上分析,虽然大多数工程布置在相对隔水层段(Ⅱ段)和矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)内,这些工程离岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)垂直距离超过50 m,但如果有导水通道或导水断裂带沟通岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)的话,那就存在引发涌(突)水事故的可能。据资料统计,国内煤矿的突水淹井事故中有80%以上是由导水断层引起的,并且大多数是原始地质条件下的非导水断裂在采动活动影响下转化为了导水断裂,从而引发突水[12]。因此,涌(突)水的安全性评价必须对导水断裂带进行分析。从区域上来看,构造以褶皱为主,没有较大的断裂存在,区域上岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)与矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)没有明显的水力联系,降低了发生涌(突)水的可能性。但徐宁[13]的研究表明,在褶皱和小型断裂发育的局部地段,岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)和矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)是有水力联系的,它们通过劈理、断层、剪切带发生水力联系。700 mL中段运输巷掌子面位于地层转折端附近,虽然岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)和矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)没有明显的水力联系,但不排除在局部地段存在一定规模导水断层或者非导水断裂活化为导水断裂的可能性,具备引发涌(突)水的条件,应予以重视。

3 研究思路

涌(突)水的来源决定了掘进安全性评价。根据以往的经验来看,推测涌(突)水的来源最可能有以下两种情形,一是掘进掌子面的前方有一条导水构造带,沟通了附近的含水层;二是掘进掌子面的前方为导水性非常强的“砂层”含水层段(Ⅱ段)。如果涌(突)水大量来自岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段),则突水风险就急剧加大,且其含有极其丰富地下水静储量,疏干难度非常大,则不能通过疏干的方式开展防治水工作。如果涌(突)水来自矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)或“砂层”含水层段(Ⅱ段),则突水风险就降低很多,可以通过疏干等方式开展防治水工作。矿体范围内主要的含水层有岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)、矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)以及“砂层”含水层段(Ⅱ段)。区域上各含水层之间没有明显的水力联系。各含水层的水化学组分可能有明显区别,就可以利用涌(突)水的化学组分特征判别其来源。

在当时,可迅速查明涌(突)水来源的方法有两种,一种是施工探水孔方法,一种是水文地球化学分析法。对于施工探水孔,需要至少两周以上的时间才能把坑内钻机抽调过来打探放水孔,耗时较长且费用高。利用水化学组分之间差异进行来源判别的水文地球化学方法,快速、省钱、准确,是本次首选的来源判别方法。

笔者分三步开展涌(突)水的来源判别。首先,收集3个主要含水层的水化学资料;其次,采集涌(突)水做水质简分析;最后,利用Piper图和聚类分析,判别其来源。

4 水样采集与样品简分析

谦比希铜矿是一座在产老矿山,前人已经积累了大量各含水层的水化学组分资料。目前,仅需有涌(突)水的水化学组分就可以做来源判别。

4.1 水样采集

为了保证化验的精度,采集2个水样,第2件水样作为平行样以验证化验的精确度。采取水样的容器是2个刚倒掉水的矿泉水瓶,材质是聚乙烯塑料。掘进掌子面仅有1个钻孔的涌水量较大而无法封堵,地下水直接从炮孔口喷射而出。其余2个炮孔使用木塞进行封堵后,单个炮孔涌水量约230 m3/d。本次从用木塞进行封堵的炮孔口取的水样。

取水样前一天,矿山化验室用碳酸钠溶液洗涤取水样容器,然后用自来水冲洗,最后用蒸馏水冲洗,倒置半天滴干水分,次日早上再下井取水样。

在掘进掌子面处取涌(突)水样时,首先在掌子面用桶装满水,清洗取水样的炮孔口及周边的污泥和粉尘;其次,用该炮孔口涌出的水把取水容器涮洗2次;然后,在炮孔口取满水样,拧紧瓶盖,用记号笔在瓶盖上做好样品编号标记;最后,将样品在2 h内送到矿山化验室进行简分析。

4.2 水样简分析

表3 掌子面涌(突)水的水化学组成

从水化学组成来看,20220705S2水样作为20220705S1水样的平行水样,各指标的分析精度误差在2 mg/L以内,相对偏差小于2.2%,分析精度达到要求。

5 涌(突)水来源的判别

5.1 含水层的水化学特征

主要的含水层有“砂层”含水层段(Ⅱ段)、矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)和岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)。参与来源识别的含水层水样并不是越多越好,而是水样要有代表性。这3个主要含水层各选取2件最具代表性水样作为参与来源判别的样品。600 mL分段M5和M6采场的采联工程兼具有加快疏水的功能,“砂层”含水层段(Ⅱ段)和矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)的水样是600 mL分段M5和M6采联工程穿完矿体后采集的。岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)的水样取自钻孔,为了避免矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)和“砂层”含水层段(Ⅱ段)的地下水混入而不具有代表性,这两个钻孔均是在矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)和“砂层”含水层段(Ⅱ段)的水位线以上的条件下钻进到燧石白云岩主含水层中取的水样。涌(突)水点的样品选用20220705S1参与分析。各含水层的水化学组成特征见表4。

表4 主要含水层的水化学组成

5.2 基于Piper图的含水层水化学类型及水力联系判别

研究者提出过很多水化学组分的图示法,可以直观显示出水化学组分特征,而Piper图就是应用最广泛的一种图示法。Piper图由3幅小图组成,左下角的三角形小图表示阳离子的相对百分含量,右下角的三角形小图表示阴离子的相对百分含量,上方菱形中样品点的位置表示阴、阳离子的相对百分含量,圈的大小则表示水样总溶解固体(TDS)的大小。Piper图示法可以粗略判断一种水是不是由另外两种水的简单混合。如果是另外两种水的简单混合,那么混合水将落在另外两种水的连线上[14-15]。笔者提出分两步进行混合水的判断,第一步是确定混合水在Piper图上是否落在两种水的连线上;第二步是确定混合水的TDS是否介于两种水的TDS之间,且混合水在Piper图上越靠近那种水,混合水的TDS跟那种水的TDS越接近,即在Piper图上混合水的TDS大小与到哪种水的距离近似呈反比关系。

将表4中7件水样投到Piper图上(图2),表明矿区含矿岩系附近含水层的地下水水质类型均为重碳酸硫酸钙型水。首先从水样在Piper图上位置来看,“砂层”含水层段(Ⅱ段)的水样和涌(突)水在Piper图上位置落于矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)和岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)的水样之间,似乎“砂层”含水层段(Ⅱ段)的地下水和涌(突)水是由矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)和岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)的地下水简单混合而成的。然后从总溶解固体(TDS)来看,“砂层”含水层段(Ⅱ段)水样和涌(突)水的总溶解固体(TDS)明显不介于矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)和岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)水样的总溶解固体(TDS)之间,而是小于矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)和岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)水样的总溶解固体量 (TDS)。如果“砂层”含水层段(Ⅱ段)地下水和涌(突)水是矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)和岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)地下水的混合,那么“砂层”含水层段(Ⅱ段)地下水和涌(突)水的总溶解固体量(TDS)必然落在矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)和岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)地下水的总溶解固体量(TDS)之间,即总溶解固体量(TDS)介于500～1200 mg/L区间。因此可以判断,“砂层”含水层段(Ⅱ段)地下水、涌(突)水不可能由矿体裂隙含水层段(Ⅲ段)和岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段)地下水混合而成。再进一步分析表明,其中任一一个含水层的地下水不可能由其他两种含水层的地下水混合而成,这3个主要含水层相互之间没有明显水力联系。

从图2可看出,涌(突)水与“砂层”含水层段(Ⅱ段)水样靠的最近,且总溶解固体 (TDS)也最接近,表明涌(突)水可能来源于“砂层”含水层段(Ⅱ段)。

5.3 基于聚类分析的水源判别

含水层水样进行Q型聚类的流程见图3。

图3 水样的Q型聚类过程图

5.3.1 数据标准化

每个样品构造成1类,最初共有7件水样就构造7个类,按顺序分别编为1#～7#类(表5)。

表5 指标数据的Z得分标准化

在做聚类分析之前,需要先将这4个指标数据标准化,即把每一个原始化验值转换成标准值,以防止量纲的不同导致空间拉伸距离失真,然后才能利用标准化后的数据进行分析。数据标准化的方法使用Z得分。Z得分标准化(正太标准化)是基于原始数据的平均值和标准差进行数据的标准化。Z得分标准化的公式见式(1):

(1)

5.3.2 构造距离矩阵

(2)

式中:xj和yj分别表示第x个和第y个水样的第j个参数;d表示x水样和y水样之间的平方欧式距离。

由此计算出来各类(样品)之间的平方欧式距离见表6。

表6 各类水样间的平方欧式距离

5.3.3 类与类间距度量

类与类之间的距离度量选用组间联结,即组间平均距离法。即先计算A类各个样品与B类各个样品之间的距离,然后取这些样品间的距离的平方和均值作为两类之间的距离。合并两类后使所有对应两项之间的平均距离最小。

类与类之间逐步聚类的过程见表7。

表7 Q型聚类分析的凝聚状态

在表7中,第1列的“阶”表示聚类分析的第几步;第2列和第3列的“集群”表示本步聚类有哪两个小类聚成一类;第4列“距离”表示小类之间的距离;第5列和第6列表示本步聚类参与的是1个水样还是由几个水样组成的小类,0表示1个水样,非0表示由前面第几步聚类生成的小类参与本步聚类;第7列表示本步聚类产生的新类会在下面第几步再次参与聚类[16]。最终的聚类结果见图4。

图4 水样聚类分析树状图

5.3.4 聚类结果解释

在聚类分析树状图(图4)上以λ= 3作为截集,可以把水样聚为3类,第1类是ZK378023水样和ZK426023水样,反映它们属于岩溶裂隙含水层段(Ⅴ段);第2类是600 mL -M5采联-S2水样和600 mL-M6采联-S2水样,反映它们是属于矿体裂隙含水层段(Ⅲ段);第3类是600 mL -M5采联-S1水样、600 mL -M6采联-S1水样和涌(突)水样20220705S1,反映涌(突)水很来源于“砂层”含水层段(Ⅱ段)。

6 结论与建议

(1)矿区主要含水层的水质类型是重碳酸硫酸钙型水。

(2)Piper图表明,这3个主要含水层之间无明显水力联系。

(3)聚类分析表明,涌(突)水来源于“砂层”含水层段(Ⅱ段)。

(4)中段运输巷掌子面处发生突水事故的可能性比发生涌水事故的可能性低。随着矿山疏水工作的持续进行,该掌子面涌水量已经从1670 m3/d降低到2个月后的1380 m3/d。

(5)经后期探水孔验证,在700中段越往西“砂层”含水层规模越来越大,“砂层”数量越来越多,中段运输巷越来越靠近“砂层”含水层。700中段运输巷掌子面前方30 m范围内无明显的导水断裂带,而是前方4 m处有一条产状与岩层一致的极强透水的“砂层”含水层,导致掘进掌子面上部分炮孔涌(突)水量突然增大。

(6)收集各含水层的水化学组分资料,采集涌(突)水的水样做简分析,利用Piper图和聚类方法联合分析可快速、准确判别涌(突)水的来源,经探水孔验证,判别结果与实际情况相符。

(7)随着西矿体开采深度的增加,开拓工程向西逐渐推进,中段运输巷掘进掌子面附近的水头越来越高,Ⅱ段由相对隔水层逐渐转为含水层,面临的水害越来越严重。涌(突)水防治已成为工作重点之一。

综上所述,建议700中段运输巷往下盘改道,尽量避开“砂层”含水层段施工,加快开拓工程施工进度。