廣西大新縣下雷錳礦礦井突水災(zāi)害分析及防治對策

林 武

(廣西錫山礦業(yè)有限公司,廣西南寧 530022)

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

廣西大新縣下雷錳礦是一座上泥盆統(tǒng)沉積型碳酸錳礦床,隸屬中信大錳礦業(yè)有限責任公司,位于廣西大新縣下雷鎮(zhèn)境內(nèi)。礦區(qū)東西長約9 km,南北寬約2.5 km。為我國目前查明地質(zhì)儲量最大的錳礦床。

1.1 地層

礦區(qū)出露的主要地層由老至新依次為中泥盆統(tǒng)東崗嶺組(D2d)、上泥盆統(tǒng)榴江組(D3l)和五指山組(D3w)、下石炭統(tǒng)巖關(guān)組(C1y)和大塘組(C1d)、中石炭統(tǒng)黃龍組(C2h)及第四系(Q)。含錳礦層賦存于上泥盆統(tǒng)五指山組(D3w2)中,由上、中、下3層錳礦層和兩個夾層組成。礦層產(chǎn)狀與圍巖一致,向斜南翼呈陡傾斜,傾角一般在70(°)以上；而向斜北翼產(chǎn)狀平緩,傾角一般在25(°)以下[1],巖層產(chǎn)狀受地質(zhì)構(gòu)造的作用變化大。

1.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于上映——下雷向斜的西南端,為一近東西走向,向西端翹起的向斜構(gòu)造。向斜兩翼不對稱,南翼產(chǎn)狀陡峻并倒轉(zhuǎn),北翼產(chǎn)狀正常。向斜西部仰起部分構(gòu)成次一級的復(fù)式向斜構(gòu)造,褶皺及斷裂發(fā)育。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

2.1 地表水

2.1.1 下雷河

下雷河位于礦區(qū)外圍東部,長年流水,平均流量約為30 m3/s,是礦區(qū)內(nèi)地下水、地表水的總排泄河[2]。

2.1.2 布康溪

布康溪是礦區(qū)內(nèi)地表水、地下水排泄的通道。它發(fā)源于礦區(qū)西北部,自西向東流經(jīng)礦區(qū)南翼,最后潛入東崗嶺組地層以地下水的形式向下雷河排泄。

2.2 地下水

1)第四系(Q)沖洪積、坡殘積孔隙潛水含水層

主要分布于布康溪沿岸,由沖洪積含礫石粘土類物質(zhì)和坡殘積碎屑狀硅質(zhì)巖、泥巖組成,礫石分選性差,呈次園狀—次棱角狀,地下水以孔隙潛水的形式賦存于巖層中,富水性強。

2)下石炭統(tǒng)下部(C1y1)溶洞裂隙含水層

分布于布康洼地及布康溪溝谷一帶,由硅質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r組成,局部含有少量硅質(zhì)條帶。在水作用下溶洞較發(fā)育,規(guī)模大小不一,部分溶洞為半充填型,充填物為泥巖、硅質(zhì)巖碎塊及粘土類物質(zhì),富水性中。

3)上泥盆統(tǒng)五指山組(D3w4)隔水層

由硅質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖、硅質(zhì)泥灰?guī)r組成。根據(jù)鉆孔揭露的情況,巖芯采取較高,巖石膠結(jié)緊密,裂隙不發(fā)育,隔水性能較好。

4)上泥盆統(tǒng)五指山組(D3w3、2)裂隙潛水——承壓水含水層

由鈣質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、含錳碳酸巖、硅質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)巖組成。在向斜南、北兩翼露頭帶及26線以西為潛水區(qū),其它地方為承壓水區(qū)。潛水區(qū)的淺部為風化層,具有溶蝕裂隙和溶蝕孔洞,富水性中；深部原生巖區(qū),巖石裂隙一般發(fā)育,富水性為中～弱；承壓區(qū)巖層巖石裂隙較發(fā)育,富水性弱。

5)上泥盆統(tǒng)五指山組(D3w1)風化巖層含水層

由鈣質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖組成。根據(jù)鉆孔揭露的情況,鉆孔巖芯有溶蝕現(xiàn)象且局部遇到溶洞,富水性中。

6)上泥盆統(tǒng)榴江組(D3l)隔水層

由硅質(zhì)巖夾泥質(zhì)硅質(zhì)灰?guī)r組成巖石膠結(jié)緊密,裂隙不發(fā)育,隔水性能良好。

7)中泥盆統(tǒng)東崗嶺組(D2d)裂隙溶洞潛水含水層

由灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及生物碎屑灰?guī)r組成,厚度不詳。巖溶作用強烈,溶洞發(fā)育。根據(jù)鉆孔揭露的情況,鉆孔未遇溶洞但巖芯有溶蝕現(xiàn)象,富水性強。

3 礦井水災(zāi)害分析

3.1 大氣降水對礦井的影響

大氣降水是本礦區(qū)地下水的重要補給來源,故礦井突水都直接或間接與降水有關(guān)。一方面由于地形地貌及地質(zhì)構(gòu)造特征,有利于大氣降水對各含水層進行滲漏補給且補給量豐富,另一方面因采礦活動影響裂隙發(fā)育,加上布康溪溝谷南面坡上露天采礦形成的采坑面積大,以及地采采礦采穿頂柱(露采坑底)形成采空冒落區(qū),當雨季特別是暴雨來臨時,露采坑內(nèi)的山洪積水沒有及時排泄,匯集的積水通過巖礦層裂隙、斷裂構(gòu)造和采空冒落區(qū)灌入礦井,成為直接充、突水水源。

3.2 地下水對礦井的影響

錳礦層賦存于上泥盆統(tǒng)五指山組(D3w2)中,而五指山組(D3w2、3)裂隙潛水——承壓水含水層為多層結(jié)構(gòu)且富水性為中～弱,水量有限,一般在井內(nèi)以滴水、淋水的形式出現(xiàn),但局部地段分布不均勻,有水富集；底板五指山組(D3w1)風化巖層含水層,富水性中。含水層巖層裂隙、溶洞發(fā)育,局部易形成一些串珠狀的溶洞和裂隙帶,它們貯存有大量的地下水。由于開采活動對原巖進行了不同程度地破壞,當采掘工程接近或是揭露時這些地段時會造成礦井充、突水。其它含水層如下石炭統(tǒng)下部(C1y1)溶洞裂隙含水層和中泥盆統(tǒng)東崗嶺組(D2d)裂隙溶洞潛水,富水性中～強,其本身對礦井充、突水無影響,但由于有礦井輔助工程(如膠帶斜井、280 m排水平硐)揭露這類含水層時也會造成礦井充、突水。

3.3 斷裂構(gòu)造對礦井的影響

根據(jù)所掌握的地質(zhì)資料,礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育,大多數(shù)為壓扭性斷層,破碎帶寬度較小且充填物膠結(jié)緊密,斷層導(dǎo)水、含水性能弱。表現(xiàn)為當采掘工程接近或是揭露時,水量瞬時大,水壓較高,持續(xù)小段時間后,水量、水壓急劇衰減。但少數(shù)發(fā)育并切穿含水層和隔水層中的斷層,其在擠壓特別強烈的彎曲轉(zhuǎn)折地段及斷層交匯處較寬,其導(dǎo)水、含水性能增強。在采礦活動的作用下,斷層會發(fā)生重新活動現(xiàn)象,即斷層活化[3]引起礦井充、突水。

4 礦井防水害對策

1)加強礦區(qū)水文地質(zhì)勘察工作,為礦井防治水害提供理論依據(jù)。由于礦區(qū)水文地質(zhì)工作基礎(chǔ)薄弱,一些常規(guī)的礦床水文地質(zhì)勘察資料受工作條件限制而無法收集,因此必需詳細查明礦區(qū)內(nèi)地表水系(特別是布康溪)與地下水間的相互關(guān)系及影響；各主要含水層地下水的補給、徑流、排泄條件；含(隔)水層的巖性、厚度、分布范圍及含水層滲透性、富水性、水位等基本特征；對礦井充水有較大影響的斷層破碎帶的位置、規(guī)模、性質(zhì)、產(chǎn)狀、富水性和導(dǎo)水性及變化、溝通各含水層以及地表水之間相互補給程度；計算分析采掘過程中礦井的涌水量等資料。

2)加強地面防排水、滲漏工作。由于露天采礦形成的露采坑以及地采采礦采穿頂柱(露采坑底),應(yīng)在露采臺階上或是露采結(jié)束后的采坑底沿走向修筑排水溝渠攔截山洪積水,對某些范圍較大的低洼區(qū),不易填平時,可設(shè)置移動泵站,把水抽入溝渠,由排水溝渠排出礦區(qū)范圍之外。對由地采活動引起采穿頂柱和塌陷坑,則用廢石進行回填并用混凝土澆頂,阻止降水直接灌入礦井。

3)根據(jù)查明的水文地質(zhì)資料合理地布置井巷工程。井巷工程設(shè)計布置,應(yīng)盡可能地避開強風化帶、強富水巖層以及含水、導(dǎo)水性強的構(gòu)造破碎帶。當采掘工程接近含水的巖層和構(gòu)造時,必須堅決貫切“有疑必探,先探后掘”原則和制定切合實際的探放水措施。對局部水害嚴重地段,可采用注漿堵水的方式消除水患。

4)建立、完善和維護井下排水系統(tǒng)的設(shè)施、設(shè)備。定期清理井下水溝、水倉中的淤泥,檢修、維護好排水機械設(shè)備,保證排水設(shè)備設(shè)施的完好率使其能充分發(fā)揮排水功能。

5)加強安全生產(chǎn)知識培訓(xùn),提高井下工作人員防水意識及技能。經(jīng)常對井下工作人員進行一些水文地質(zhì)和防水方面知識的培訓(xùn),讓他們了解、判斷現(xiàn)場突水前兆的一些方法及避災(zāi)撤離線路,掌握一些防水害的施工方法。

5 結(jié)語

大新下雷錳礦礦床水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜,生產(chǎn)過程中經(jīng)常受到水害的威脅,雖然在生產(chǎn)和防治水的實踐中積累了一些豐富經(jīng)驗,礦井防治水技術(shù)也日趨成熟和完善,但水災(zāi)害的復(fù)雜性、隱蔽性、多變性及突發(fā)性的特點,使得防治水工作任務(wù)仍非常艱巨。因此,在以后的生產(chǎn)工作中,應(yīng)做好全面規(guī)劃,統(tǒng)籌安排,因地制宜地采取針對性的防水措施防止水害,以實現(xiàn)安全生產(chǎn)與經(jīng)濟效益的雙豐收。

[1]地質(zhì)礦產(chǎn)部區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)司.中國錳礦地質(zhì)文集[M].北京：地質(zhì)出版社,1985.

[2]王建新,楊家謙,龔景秋,等.廣西大新縣下雷礦區(qū)南部碳酸錳礦詳細勘探地質(zhì)報告[R].南寧：廣西第四地質(zhì)隊,1985.

[3]許學(xué)漢,王杰,凌榮華,等.煤礦突水預(yù)報研究[M].北京：地質(zhì)出版社,1991.