山東省平邑玉榮石膏礦“12·25”事故救援過(guò)程中的水文地質(zhì)問(wèn)題分析

楊明，郭長(zhǎng)勝，楊月，楊啟儉

(1.山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 臨沂 276006；2.臨沂市國(guó)土資源局，山東 臨沂 276000；3.山東省金剛石地質(zhì)研究中心，山東 臨沂 276006)

山東省平邑玉榮石膏礦“12·25”事故救援過(guò)程中的水文地質(zhì)問(wèn)題分析

楊明1，郭長(zhǎng)勝1，楊月2，楊啟儉3

(1.山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 臨沂 276006；2.臨沂市國(guó)土資源局，山東 臨沂 276000；3.山東省金剛石地質(zhì)研究中心，山東 臨沂 276006)

山東平邑凹陷盆地內(nèi)石膏資源豐富，自20世紀(jì)80年代起，區(qū)內(nèi)石膏開(kāi)采持續(xù)不斷，隨著開(kāi)采范圍的不斷擴(kuò)大，形成了大面積采空區(qū)，地面塌陷時(shí)有發(fā)生。2015年12月25日，平邑縣玉榮石膏礦、萬(wàn)棗石膏礦范圍內(nèi)發(fā)生大面積塌陷，造成29名礦工被困。在施救過(guò)程中，遇到諸多水文地質(zhì)問(wèn)題，如灰?guī)r含水巖組富水性增強(qiáng)；礦坑水補(bǔ)給條件改變；膏上灰?guī)r巖溶水對(duì)采空區(qū)的大量補(bǔ)給；礦區(qū)南側(cè)老窿水的威脅和巖溶塌陷等，直接影響了救援工作的順利開(kāi)展。針對(duì)在救援過(guò)程中出現(xiàn)的以上問(wèn)題進(jìn)行了綜合分析研究，總結(jié)了救援過(guò)程中采取的多種防治措施和經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)，為同類礦山事故救援提供一定借鑒。

玉榮石膏礦；事故救援；水文地質(zhì)；山東平邑

2015年12月25日7時(shí)52分，平邑縣玉榮石膏礦、萬(wàn)棗石膏礦礦區(qū)內(nèi)發(fā)生大面積塌陷，造成29名礦工被困。災(zāi)情發(fā)生后，各級(jí)政府及有關(guān)部門(mén)積極組織救援，在采用井下救援方式營(yíng)救出12名礦工后，由于井下坍塌、水患嚴(yán)重，井下救援進(jìn)度緩慢，后改用井上鉆孔救援與井下巷道救援同步進(jìn)行的方式，直到井下救援被迫中止，井上救援成為唯一的救援方式。經(jīng)過(guò)救援人員36天的不懈努力，終于將被困于玉榮礦4號(hào)井附近的4名礦工成功救出。此次平邑玉榮石膏礦“12.25”事故救援是國(guó)內(nèi)大口徑鉆孔救援成功的首例，也是世界成功救援的第三例，在礦山救援史上具有里程碑意義。

1 礦山概況

1.1 礦山基本情況

塌陷區(qū)為萬(wàn)棗、玉榮石膏礦的采空區(qū)。

萬(wàn)棗石膏礦：采礦權(quán)人為平邑縣萬(wàn)棗膏業(yè)有限公司，始建于1994年,礦區(qū)面積0.2256km2，開(kāi)采標(biāo)高+115～-110m。2011年7月，該礦整體轉(zhuǎn)讓給平邑玉榮商貿(mào)有限公司，為待整合礦山。

玉榮石膏礦：為生產(chǎn)礦山，采礦權(quán)人為平邑玉榮商貿(mào)有限公司，礦區(qū)面積2.6326km2，開(kāi)采標(biāo)高+120～-332m。該礦始建于1993年，2008年5月30日，該礦山與萬(wàn)莊石膏礦整合為一個(gè)采礦權(quán)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模40萬(wàn)t/a。至2014年底，礦山保有資源儲(chǔ)量6545.5萬(wàn)t，剩余服務(wù)年限50a。礦山采用地下開(kāi)采、豎井開(kāi)拓方式，已建有豎井4條，自西向東分別為3號(hào)、5號(hào)、4號(hào)、1號(hào)井。其中，受困人員所在的4號(hào)井，井深227m，主要為提升礦石和物料、升降人員、進(jìn)風(fēng)。

礦山主采礦層為Ⅲ礦層，平均厚14.40m。井下生產(chǎn)采用單水平上下山布置，平巷運(yùn)輸采用人工推礦車運(yùn)輸，上下山運(yùn)輸采用調(diào)度絞車提升運(yùn)輸。

1.2 采空區(qū)概況

玉榮石膏礦采空區(qū)面積為330300m2(表1)，主要形成于1998—2014年(塌陷區(qū)多為1998—2008年間的采空區(qū))，埋深+173～+325m；萬(wàn)棗石膏礦采空區(qū)面積225600m2，多為2000—2012年形成的采空區(qū)。

表1 玉榮石膏礦采空區(qū)面積統(tǒng)計(jì)

玉榮礦區(qū)南側(cè)及西側(cè)分別與富饒莊一礦、富饒莊二礦、富饒莊三礦、達(dá)玉石膏礦、保太石膏礦和萬(wàn)棗石膏礦相鄰，2015年12月25日前，上述礦區(qū)除保太礦和萬(wàn)棗礦外均已塌陷(圖1)。

1—礦區(qū)界線；2—防水隔離帶圖1 玉榮石膏礦及周邊礦區(qū)分布示意圖

1.3 塌陷概況

2015年12月25日，位于平邑縣保太鎮(zhèn)萬(wàn)莊村東南的萬(wàn)棗石膏礦和玉榮石膏礦范圍內(nèi)發(fā)生塌陷，形成一近東西向條帶狀的碟形塌陷區(qū)。該次塌陷為大面積整體垮塌，東西長(zhǎng)約1200m，南北寬約400m，塌陷面積約0.36km2(其中萬(wàn)棗礦0.162km2；玉榮礦0.198km2)，最大坑深約4m，塌陷坑四周臺(tái)階狀地裂縫發(fā)育。該次塌陷類型為采空塌陷(圖2)。

1—采空區(qū)及形成年份；2—礦區(qū)界線；3—塌陷區(qū)范圍圖2 玉榮石膏礦塌陷位置示意圖

塌陷造成的損失：①塌陷造成井下作業(yè)的29名礦工被困，塌陷當(dāng)晚，救出被困礦工12名(1人死亡)，塌陷36天后又救出被困礦工4名，另有13名礦工失聯(lián)；②造成5400余畝農(nóng)田受損；③約200m的水泥道路遭到破壞；④塌陷破壞了玉榮礦礦山巷道及其設(shè)施；⑤玉榮礦3號(hào)和4號(hào)井區(qū)、萬(wàn)棗礦井區(qū)及塌陷區(qū)內(nèi)的10余間民房等地表建筑物出現(xiàn)裂縫或倒塌；⑥塌陷造成萬(wàn)莊、德埠莊村周圍的地下水位迅速下降，大部機(jī)民井干枯；⑦塌陷造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

1.4 前人相關(guān)研究程度

玉榮石膏礦及周邊相鄰的約9家石膏礦山均開(kāi)展了地質(zhì)勘查工作,并提交了地質(zhì)勘查、資源儲(chǔ)量核實(shí)等報(bào)告，如《山東省平邑縣德埠莊礦區(qū)玉榮石膏礦(含擴(kuò)界區(qū))資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告》《山東省平邑縣達(dá)玉石膏礦資源儲(chǔ)量檢測(cè)報(bào)告》等；為對(duì)礦山建設(shè)及生產(chǎn)活動(dòng)造成的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行恢復(fù)治理，各礦山均編制了《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案》，如《山東省平邑縣達(dá)玉石膏礦礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)方案》《山東省平邑縣萬(wàn)莊石膏礦礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與綜合治理方案》等。區(qū)內(nèi)前人地質(zhì)研究程度較高。

2 礦區(qū)地質(zhì)背景分析

礦區(qū)屬丘陵地形，切割甚微，地面標(biāo)高在150～200m之間，水系不發(fā)育。

礦區(qū)位于華北板塊(Ⅰ)、魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)尼山-平邑?cái)嗦?Ⅳ)的平邑凹陷(Ⅴ)西部。平邑凹陷為NW—SE向展布的狹長(zhǎng)單斜盆地，其中沉積了侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)及古近紀(jì)地層，富含石膏礦，構(gòu)成了傾向NE的單斜構(gòu)造[1]。

2.1 地層

礦區(qū)發(fā)育地層主要為古近紀(jì)官莊群卞橋組二段和第四系。

(1)卞橋組二段：總體走向NW—SE，傾向NE，傾角12°～20°。根據(jù)巖性特征自下而上分為3個(gè)巖性帶*山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東省平邑縣德埠莊礦區(qū)玉榮石膏礦(含擴(kuò)界區(qū))資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告，2013年。： 第一巖性帶(膏下灰?guī)r帶)：主要分布于礦區(qū)西南部邊緣，巖性為厚層灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，頂、底部夾薄層泥灰?guī)r。厚15～65m。

第二巖性帶(含膏巖帶)：是主要含石膏礦帶，礦層未出露地表，主要巖性為雜色泥巖、砂巖互層，夾3層石膏。厚134～189m。

第三巖性帶(膏上灰?guī)r帶)：出露于礦區(qū)中南部，主要巖性為白云質(zhì)灰?guī)r。該區(qū)殘留厚度315～394m。

(2)第四系：主要分布于礦區(qū)北部。巖性為粘質(zhì)砂土及砂質(zhì)粘土，厚度0.5～13m。

礦層特征：礦區(qū)共含礦3層(自上而下編號(hào)為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ)，其中，Ⅲ礦層為礦區(qū)內(nèi)主礦層，總體上呈層狀產(chǎn)出，礦層厚度為3.30～38.97m，平均厚度為14.40m，屬厚度較穩(wěn)定礦層，礦層賦存標(biāo)高+13.6～-674.6m*山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東省平邑縣達(dá)玉石膏礦資源儲(chǔ)量檢測(cè)報(bào)告,2006年。。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)地層呈單斜構(gòu)造。斷裂可分為NE向、近EW向和NW向3組，斷層對(duì)礦層均有不同程度的破壞作用[2-3]。

區(qū)內(nèi)斷層出露長(zhǎng)度一般480～1400m，除F2斷層傾角為20°～40°外，其他多為高角度正斷層，斷距5～65m不等。其中，F(xiàn)4斷層與南部F2斷層形成一小型地壘(圖3)。

2.3 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

礦區(qū)位于平邑?cái)嘞菖璧厮牡刭|(zhì)單元的西部，為地下水的補(bǔ)給徑流區(qū)，地下水主要賦存于古近紀(jì)官莊群卞橋組二段膏上灰?guī)r帶裂隙巖溶發(fā)育的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r中(圖4)。

2.3.1 含水巖組劃分及其水文地質(zhì)特征

依據(jù)地下水賦存條件、地層巖性、水力特征和富水性將礦區(qū)劃分為3個(gè)含水巖組①山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東省平邑縣達(dá)玉石膏礦資源儲(chǔ)量檢測(cè)報(bào)告，2006 年。

(1)第四系松散巖類孔隙含水巖組：主要分布在礦區(qū)西北部，巖性為砂質(zhì)粘土，含水層厚2.08～7.90m，地下水埋深1.02～5.20m，單井涌水量小于500m3/d，富水性弱。

(2)碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組：大部裸露于礦區(qū)南部，巖性為卞橋組二段第三巖性帶(膏上灰?guī)r帶)灰?guī)r，地表巖溶發(fā)育。據(jù)鉆孔揭露，巖溶發(fā)育段標(biāo)高+152.92～-5.87m；溶洞揭露最大高度為0.90m，一般0.4～0.60m。單井涌水量一般大于2400m3/d，富水性較強(qiáng)。以F1斷裂為界，東側(cè)富水性高于西側(cè)；礦區(qū)南部富水性高于中北部。

1—第四系；2—常路組；3—卞橋組二段；4—正斷層；5—性質(zhì)不明斷層；6—地層界線圖3 玉榮石膏礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造示意圖

據(jù)玉榮礦區(qū)內(nèi)的原德達(dá)石膏礦斜井施工情況，膏上灰?guī)r裂隙、巖溶較發(fā)育，斜井巖石破碎，灰?guī)r水沿井壁向井內(nèi)涌水，排水量5280.0m3/d。原德達(dá)石膏礦于2003年停采至今。

(3)碎屑巖類裂隙含水巖組：主要分布于礦區(qū)卞橋組二段第二巖性帶(含膏巖帶)，包括石膏礦帶及膏上泥巖層，巖性為泥巖、細(xì)砂巖、膏質(zhì)泥巖、石膏等，裂隙不發(fā)育，含水性差，鉆孔單位涌水量小于0.001L/S·m，為良好的隔水層頂板。

2.3.2 地下水補(bǔ)徑排條件

區(qū)內(nèi)灰?guī)r巖溶地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水、地表水，并接受地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給；地下水自然狀態(tài)下的總體流向自北東向南西，局部受地形影響，自高處向低洼處運(yùn)動(dòng)，與地表水徑流方向基本一致；但近年來(lái)，受礦山排水的影響，礦區(qū)周邊南、東、北三個(gè)方向的地下水多向礦區(qū)中心主井及南西一帶徑流；地下水主要通過(guò)開(kāi)采、礦坑排水、地下徑流等方式排泄。

2.3.3 礦床充水因素分析

由于礦層頂、底板為隔水層，所以，該礦不存在直接對(duì)礦床充水的含水層，只有當(dāng)?shù)V層頂板遭到破壞時(shí)，上部灰?guī)r裂隙巖溶水才能對(duì)礦床產(chǎn)生充水，成為該礦床主要的間接充水因素[4-5]。

該礦區(qū)南部及西部分別與富饒莊一礦、富饒莊二礦、富饒莊三礦、達(dá)玉石膏礦、保太石膏礦、萬(wàn)棗石膏礦相鄰。由于上述礦區(qū)均已塌陷，采空區(qū)老窿水及塌陷區(qū)的灰?guī)r巖溶水混合形成較強(qiáng)的礦床充水水源。由于南部地形位置較高，故灰?guī)r巖溶水和老窿水也是玉榮礦區(qū)礦床的主要充水因素之一。

綜上所述，礦床位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，礦層頂板之上的灰?guī)r富水性較強(qiáng)，同時(shí)，礦區(qū)南部存在老窿水威脅，確定礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度屬?gòu)?fù)雜類型[6-7]。

3 救援過(guò)程中的水文地質(zhì)問(wèn)題分析

3.1 碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組富水性增強(qiáng)

礦區(qū)塌陷前，礦帶及其頂板為隔水層，頂板之上的膏上灰?guī)r裂隙巖溶水富水性不均，4號(hào)主井施工時(shí)的排水量為50m3/h，為礦床充水的間接水源。但玉榮礦區(qū)塌陷后，膏上灰?guī)r帶碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組的富水性明顯增強(qiáng)。

從救援過(guò)程中在礦區(qū)北部11巷道施工的5個(gè)排水孔看，灰?guī)r巖溶發(fā)育，連通性好，富水性強(qiáng)，單井涌水量均大于100m3/h；而從4號(hào)主井院內(nèi)的1號(hào)救生孔施工情況看，灰?guī)r埋深5～110.0m，地下水埋深40m左右，地面下60～80.0m為巖溶強(qiáng)發(fā)育段，巖石破碎，施工過(guò)程中，80m深度以下，鉆孔全部漏水不返渣，單井涌水量大于100m3/h。

由此可看出，礦區(qū)塌陷后，礦區(qū)中部的膏上灰?guī)r富水性明顯增強(qiáng)，均勻性提高，為強(qiáng)富水的含水巖組。

圖4 玉榮石膏礦區(qū)水文地質(zhì)圖

3.2 礦坑水補(bǔ)給條件的改變(巖溶水降落漏斗)

該區(qū)含水層主要是上部膏上灰?guī)r帶，其下分布的泥砂巖因含水性和透水性極差，成為良好的隔水層頂板。多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，礦層及巷道基本上呈無(wú)水狀態(tài)。

礦區(qū)塌陷后，采空區(qū)及巷道水的補(bǔ)給條件發(fā)生了明顯變化。一是3號(hào)、4號(hào)主井井筒損壞導(dǎo)致灰?guī)r裂隙巖溶水通過(guò)受損井壁大量補(bǔ)給坑道；二是塌陷后的某些頂板裂隙溝通了上部灰?guī)r含水層，使灰?guī)r含水層的水滲透到井下；三是塌陷造成礦區(qū)地下水流場(chǎng)的改變，據(jù)礦區(qū)救援過(guò)程中的地下水等水位線圖，礦區(qū)四周巖溶水均向4號(hào)主井方向徑流，形成一定面積的降落漏斗，反映出巖溶水滲漏補(bǔ)給坑道后對(duì)巖溶水水位的影響極為明顯；四是3號(hào)、4號(hào)主井的損壞導(dǎo)致排水系統(tǒng)受到破壞，礦山總排水能力降低，造成井下采區(qū)水位的上升[8]。

救援結(jié)束后，巖溶水滲漏補(bǔ)給坑道后對(duì)巖溶水水位的影響仍持續(xù)擴(kuò)大。至2016年3月2日，巖溶水降落漏斗向東已擴(kuò)展至3km以外的柏林附近，造成巖溶水水位大幅度下降，村民用水出現(xiàn)困難局面；4號(hào)主井西側(cè)的1號(hào)救生孔水位自孔底回升約40m，而礦區(qū)南側(cè)老窿水的水位則下降約45m。由此反映出采空區(qū)水與巖溶水的動(dòng)平衡狀態(tài)，井下水位的上升導(dǎo)致了巖溶水水位的大面積下降[9]。

3.3 膏上灰?guī)r巖溶水對(duì)采空區(qū)的大量補(bǔ)給

據(jù)礦山正常開(kāi)采時(shí)的排水資料，4號(hào)主井正常排水量為50m3/h左右，主要為豎井止水不嚴(yán)，巖溶水滲漏所致。盡管礦區(qū)西部礦段灰?guī)r富水性相對(duì)較差，但塌陷發(fā)生后，由于受膏層頂板整體陷落的影響，導(dǎo)致膏上灰?guī)r裂隙發(fā)育，F(xiàn)1斷裂以西的4號(hào)主井、3號(hào)主井井壁受損，灰?guī)r富水性明顯增大。

玉榮礦4號(hào)主井在巖溶水向礦坑滲漏補(bǔ)給過(guò)程中一度堵塞，水位埋深上升至60m左右，當(dāng)采取排水措施后，排水量達(dá)到100m3/h時(shí)，地下水降至100m左右，接近灰?guī)r底板。由此反映出4號(hào)主井單井補(bǔ)給量可達(dá)100m3/h。

據(jù)2016年1月11日井上井下排水資料，通過(guò)1號(hào)主井向地面排水的2臺(tái)水泵，排水量達(dá)到120m3/h；井下向深度較大的采空區(qū)排水約100m3/h。井下排水總量約220m3/h，基本達(dá)到井下水位的穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)井內(nèi)排水停止時(shí)，井下水位則逐步上漲。所以，塌陷發(fā)生后，碳酸鹽巖裂隙巖溶水通過(guò)受損的豎井成為直接補(bǔ)給采空區(qū)的主要水源[10]。

3.4 礦區(qū)南側(cè)老窿水的威脅

玉榮礦南側(cè)存在多個(gè)礦山的大面積采空區(qū)(多已塌陷)，由于該次塌陷的影響，玉榮礦與其他礦山之間隔離帶的穩(wěn)固性顯得非常重要，南部老窿水是否會(huì)潰入該礦區(qū)成為該次救援成功與否的關(guān)鍵。

玉榮礦與周邊礦區(qū)的水力聯(lián)系：在礦區(qū)南部邊界，從西到東依次與萬(wàn)棗礦(待整合)、保太礦(2003年因塌陷、涌水及資源枯竭等原因采礦權(quán)滅失)、達(dá)玉礦(于2011年3月因資源枯竭及透水等原因閉坑)、富饒莊三礦(與德達(dá)石膏礦打通后透水，于2008年閉坑)、富饒莊二礦(因與富饒莊三礦相通透水，于2008年閉坑)、富饒莊一礦(因與富饒莊二礦相通透水，于2008年閉坑)相鄰。達(dá)玉礦與其東側(cè)的富饒莊三個(gè)礦均已連通，賦存大量水體；而保太礦與玉榮礦之間存在三處貫通透水點(diǎn)。所以南部采空區(qū)的威脅主要來(lái)自玉榮礦南側(cè)達(dá)玉礦與保太礦之間一條30m寬的防水隔離帶以及貫通透水點(diǎn)的擋水墻。

堵住達(dá)玉礦及其以東礦區(qū)的來(lái)水，礦山在這條30m的隔離帶上打了35個(gè)鉆孔進(jìn)行了帷幕注漿，又在隔離帶的兩側(cè)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行了尾砂充填，以防兩側(cè)空區(qū)垮落后破壞隔離帶，并在達(dá)玉礦與保太礦的透水點(diǎn)上打了一道7m厚的鋼筯砼墻，為提高堵水效果，又在墻的一側(cè)打了5個(gè)大孔徑鉆孔，注雙液漿、碎骨料、粗骨料，并摻水泥漿和尾砂，堵水效果較好。上述工程將保太礦與達(dá)玉礦及其以東的礦山進(jìn)行了完全隔離，堵住了威脅較大的老隆水。

另外，對(duì)保太礦與玉榮礦之間的三個(gè)透水點(diǎn)均進(jìn)行了封堵，封堵墻的厚度為8m，鋼筯砼，嵌入式，由于封堵墻周邊的巖石裂隙仍有滲水現(xiàn)象，為減小水壓，預(yù)防蓄水破壞封堵墻而造成突水，在封堵墻處留有泄水孔，并在玉榮礦的5號(hào)井井底加大水倉(cāng)至4000m3，安裝了4臺(tái)水泵，排水量達(dá)400m3/h，進(jìn)行排水疏干。

玉榮礦除與以上幾個(gè)礦的聯(lián)系外，還與萬(wàn)棗礦有一貫通點(diǎn)，未封堵。

該次塌陷前，達(dá)玉礦與保太礦邊界處的防水隔離帶及擋水墻阻水效果較好，威脅較小。但該次塌陷直接影響到了保太石膏礦，2016年1月3日，在4號(hào)主井路南50m處的保太石膏礦區(qū)內(nèi)發(fā)生一處直徑約20m、深度約15m的塌陷坑。該塌陷坑是否對(duì)擋水墻和隔離帶產(chǎn)生影響是非常重要的；1月20日，達(dá)玉石膏礦與保太石膏礦之間的擋水墻西側(cè)出現(xiàn)小面積沉降，該沉降區(qū)與南部老采空區(qū)防水隔離帶和擋水墻的距離較近，存在影響的可能。因而，南部相鄰礦區(qū)的老窿水是該次救援的極大隱患。

3.5 礦區(qū)周邊連續(xù)出現(xiàn)巖溶塌陷

塌陷區(qū)周邊的灰?guī)r巖溶水因塌陷造成水位迅速下降，2015年12月28日—2016年2月21日，在塌陷區(qū)西側(cè)的萬(wàn)莊村南、西南地段先后發(fā)生了6起巖溶塌陷，塌陷坑直徑一般2～3m，坑深1～4m，陷坑呈筒狀或甕狀。塌陷坑均分布在第四紀(jì)砂質(zhì)粘土內(nèi)(圖5)。分析認(rèn)為，萬(wàn)莊村及其周圍具備形成巖溶塌陷的地質(zhì)條件，近期巖溶水水位的持續(xù)下降應(yīng)為塌陷的主要引發(fā)因素[11]。

1—采空塌陷區(qū)；2—巖溶塌陷點(diǎn)；3—礦山主井；4—地層產(chǎn)狀；5—臨沂組；6—常路組；7—卞橋組二段；8—地層界線；9—地層不整合界線圖5 巖溶塌陷點(diǎn)分布示意圖

4 水文地質(zhì)問(wèn)題防治措施

4.1 礦坑水排水措施

玉榮礦塌陷后，3號(hào)、4號(hào)主井的排水設(shè)施受到損壞，至2015年12月28日，因井下水量過(guò)大，井下救援工作暫停。為盡快排水，于礦區(qū)北部12巷道處設(shè)計(jì)施工了5眼礦坑水排水孔，至12月30日早6點(diǎn)，5眼排水孔井深分別達(dá)到140m、136m、105m、66m和107m，后因起動(dòng)井下排水設(shè)施，排水孔施工暫停。

12月30日，起動(dòng)1號(hào)主井的排水泵從井下坑道向地面排水，排水量約100m3/h；井下向礦區(qū)東北角的低洼采空區(qū)排水約100m3/h。兩處排水合計(jì)約200m3/h，井下供排水基本達(dá)到平衡。1月2日，井下排水停止，僅剩1號(hào)主井向地面排水，井下水位呈持續(xù)上升趨勢(shì)，水位上升速率4cm/h，抽水工作持續(xù)到被困礦工獲救。

1月20日下午，因井下水位上升過(guò)快，大口徑救生孔施工進(jìn)度緩慢，為保障井下被困礦工的安全，再次將鉆機(jī)轉(zhuǎn)移至穩(wěn)固采空區(qū)的上方施工排水孔，設(shè)計(jì)總排水量100m3/h，起到抑制井下水位上漲的作用。1月29日，4名礦工獲救后，鉆孔施工也隨之結(jié)束。

4.2 豎井止水措施

通過(guò)水位監(jiān)測(cè)，確定巖溶水通過(guò)已坍塌的4號(hào)主井及未進(jìn)行止水的1號(hào)救生孔等補(bǔ)給渠道補(bǔ)給采空區(qū)。2016年1月2日，由于礦區(qū)4號(hào)主井坍塌嚴(yán)重，礦井底部出現(xiàn)堵塞，井內(nèi)水位逐漸上升至距地表60m處，井內(nèi)水量的匯集很有可能威脅到井下被困礦工的安全，于是決定對(duì)4號(hào)主井采取止水措施。為提升止水效果，首先對(duì)4號(hào)主井進(jìn)行了抽水，出水量約100m3/h，將水位降至110m。1月5日，利用水玻璃和水泥對(duì)4號(hào)主井采取了封堵措施，止水深度位于地面下170m處，止水效果較好(圖6)。

1月22日，對(duì)玉榮礦區(qū)3號(hào)豎井進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)防水井壁被破壞，巖溶水透過(guò)井壁向采空區(qū)大量滲漏，涌水量約200m3/h。分析認(rèn)為，這些水是目前井下積水上漲的主要來(lái)源。1月26日，對(duì)玉榮礦3號(hào)主井進(jìn)行了封堵，止水效果不好。1月27日，對(duì)玉榮礦3號(hào)主井重新進(jìn)行了止水，首先利用塊石、碎石、石子、粘土、水泥回填井筒深度70m后，再利用水玻璃、水泥進(jìn)行止水，效果良好[12]。

有效的止水起到了防止井下突水、減少井下充水的作用，為救援工作贏得了時(shí)間。

1—砂質(zhì)粘土；2—灰?guī)r；3—泥巖；4—粉砂巖；5—含膏泥巖；6—中砂巖；7—含膏中砂巖；8—石膏礦；9—井壁坍塌物；10—止水材料；11—地下水位；12—巖溶發(fā)育段；13—水體；14—臨沂組；15—卞橋組二段第三巖性帶；16—卞橋組二段第二巖性帶圖6 玉榮石膏礦豎井止水剖面示意圖

4.3 老窿水的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)措施

12月27日，由于礦山井下排水不暢，導(dǎo)致井下水位上漲。通過(guò)分析礦區(qū)水文地質(zhì)條件認(rèn)為，礦區(qū)除了灰?guī)r巖溶水補(bǔ)給外，玉榮石膏礦南側(cè)分布的老窿水存在與玉榮礦區(qū)溝通的可能性，提出了及時(shí)開(kāi)展礦山周邊地區(qū)監(jiān)測(cè)地下水動(dòng)態(tài)及地下水水力聯(lián)系的工作方案。山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院于12月27日下午在玉榮礦區(qū)南約200m的原達(dá)玉礦廢棄風(fēng)井內(nèi)安裝了地下水動(dòng)態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，及時(shí)地掌握了老窿水的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。

12月28日，根據(jù)礦床充水條件，將地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)增加至16個(gè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)資料及時(shí)繪制了礦區(qū)地下水位歷時(shí)動(dòng)態(tài)曲線和地下水位等值線圖，確定巖溶水排泄去向是井下采空區(qū)。

自2015年12月27日開(kāi)展地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)起，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位均呈持續(xù)緩慢下降趨勢(shì)，下降速率基本穩(wěn)定；至1月11日，“南部老窿水”監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水位下降速率有所減緩，分析為1號(hào)主井排水回滲所致。其他各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位的下降速率沒(méi)有明顯變化。

南部老窿水的監(jiān)測(cè)基本掌握了玉榮礦區(qū)南部邊界的穩(wěn)定性，及時(shí)掌握了老窿水的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，為救援工作提供了安全信息保障。

4.4 防水隔離帶及擋水墻的監(jiān)測(cè)與保護(hù)措施

如前所述，玉榮礦南側(cè)相鄰礦區(qū)的老窿水分布面積大、蓄水量大，與玉榮礦的距離約50m，水位差達(dá)195m，一旦與玉榮礦巷道溝通，地下水將沿南北巷道直接沖入被困礦工所處的位置。若達(dá)玉礦與保太礦之間的隔離帶和擋水墻一旦出現(xiàn)開(kāi)裂，勢(shì)必造成玉榮礦突水。因此，在該次救援過(guò)程中，對(duì)該隔離帶和擋水墻采取了強(qiáng)有力的監(jiān)測(cè)與保護(hù)措施。

1月3日，在4號(hào)主井南側(cè)的保太石膏礦區(qū)發(fā)生一處直徑20m、深度15m的塌陷坑。該塌陷坑是否影響擋水墻和隔離帶是非常重要的，通過(guò)測(cè)量與觀察分析，該塌陷坑為一孤立陷坑，波及范圍較小，未影響到東部的擋水墻和隔離帶。

1月10日，救援人員為方便1號(hào)主井與4號(hào)主井之間的聯(lián)系，開(kāi)通了一便捷車道，然而該車道就位于保太礦與達(dá)玉礦之間的隔離帶和擋水墻位置的上方，下部巖性結(jié)構(gòu)極其脆弱，當(dāng)有車輛連續(xù)振動(dòng)時(shí)，勢(shì)必會(huì)破壞防水隔離帶和擋水墻。發(fā)現(xiàn)這一問(wèn)題后，救災(zāi)指揮部立即進(jìn)行了改道，消除了擋水墻的不利影響因素。

1月20日，防水隔離帶和擋水墻西側(cè)出現(xiàn)小面積沉降，該沉降區(qū)與防水隔離帶和擋水墻的距離較近，存在影響的可能。通過(guò)對(duì)10個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)資料分析，沉降區(qū)面積約6400m2，沉降區(qū)東邊緣距擋水墻約50m，經(jīng)過(guò)歷時(shí)9天的地形變形測(cè)量，沉降變形明顯區(qū)域僅限于中心地帶，對(duì)東側(cè)隔離帶和擋水墻影響不明顯[13]。

5 國(guó)內(nèi)外分析對(duì)比

縱觀國(guó)內(nèi)礦山救援成功案例，幾乎都采用了井下救援的巷道掘進(jìn)方式。但在平邑石膏礦坍塌現(xiàn)場(chǎng)，地質(zhì)條件復(fù)雜、坍塌嚴(yán)重，水患突出，巷道頂?shù)装宀环€(wěn)定，所有井下救援通道都被堵死，不得已改用井上救援的方式。所以，該次事故救援成為國(guó)內(nèi)大口徑鉆孔救援成功的首例。

此前，大口徑鉆孔救援兩次成功的案例分別發(fā)生在美國(guó)和智利。2002年7月，美國(guó)賓夕法尼亞州奎溪煤礦產(chǎn)生透水事情，通過(guò)地面大口徑鉆孔，歷時(shí)77小時(shí)將被困80多米井下的9名礦工成功升井；2010年8月5日，智利圣何塞銅礦發(fā)生塌方事故，33名礦工被困于700m深的井下。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)69天的營(yíng)救，33人全部成功獲救，創(chuàng)造了人類史上被困地下時(shí)間最長(zhǎng)、且成功生還的世界紀(jì)錄，稱得上是生命奇跡。

該次救援與國(guó)際成功案例對(duì)比，難度在于：①工程地質(zhì)條件復(fù)雜。構(gòu)成礦層頂板的泥巖、粉砂巖，遇水易軟化，強(qiáng)度極?。痪聨r石破碎，孔內(nèi)坍塌、掉塊嚴(yán)重，巖壁極不穩(wěn)定，且井下巷道隨時(shí)都有坍塌冒頂?shù)目赡?；②水文地質(zhì)條件復(fù)雜。膏層頂板之上存在灰?guī)r裂隙巖溶水強(qiáng)富水層，通過(guò)損壞的豎井、塌陷形成的裂隙等滲水渠道補(bǔ)給坑道，極易造成淹井；③存在風(fēng)險(xiǎn)性極高的老窿水隱患。老窿水一旦與玉榮礦溝通，必將造成突水淹井事故；④井下排水困難，玉榮礦3號(hào)、4號(hào)主井的坍塌損壞了井下排水系統(tǒng)，造成井下排水困難，水位上升迅速。因而，平邑玉榮礦的工程地質(zhì)條件遠(yuǎn)不如美國(guó)賓夕法尼亞州奎溪煤礦，水文地質(zhì)條件遠(yuǎn)比智利的圣何塞銅礦要復(fù)雜的多。 平邑玉榮礦難首次鉆孔救援成功，為日后我國(guó)事故救援積攢下寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)2015年12月25日，位于平邑縣保太鎮(zhèn)萬(wàn)莊東南的玉榮石膏礦和萬(wàn)棗石膏礦的采空區(qū)范圍發(fā)生塌陷，塌陷面積約0.36km2，最大坑深約4m。

(2)礦區(qū)分布地層主要為古近紀(jì)官莊群卞橋組二段。其第二巖性帶(含膏巖帶)為主要含石膏礦帶，主要巖性為雜色泥巖、砂巖互層，礦層平均厚度為14.40m，礦層賦存標(biāo)高+13.6～-674.6m；第三巖性帶(膏上灰?guī)r帶)主要巖性為白云質(zhì)灰?guī)r。礦床位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下；膏上灰?guī)r為強(qiáng)富水帶，為礦床的間接充水水源；礦區(qū)南部存在老窿水威脅。故礦區(qū)水文地質(zhì)復(fù)雜程度為復(fù)雜類型。

(3)礦難救援過(guò)程中遇到的水文地質(zhì)問(wèn)題主要有：灰?guī)r含水巖組富水性的增強(qiáng)、礦坑水補(bǔ)給條件的改變(巖溶水降落漏斗)、膏上灰?guī)r巖溶水對(duì)采空區(qū)的大量補(bǔ)給、礦區(qū)南側(cè)老窿水的威脅以及礦區(qū)周邊出現(xiàn)的巖溶塌陷等。

(4)礦難救援過(guò)程中采取的水文地質(zhì)問(wèn)題防治措施主要有：排水措施、止水措施、老窿水的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)措施、隔離帶及擋水墻的監(jiān)測(cè)與保護(hù)措施等。

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Analysis on Hydrogeological Problems During the Rescue of “12·25” Accident in Yurong Gypsum Deposit in Pingyi County of Shandong Province

YANG Ming1, GUO Changsheng1, YANG Yue2, YANG Qijian3

(1.No.7 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Linyi 276006, China；2.Linyi Bureau of Land and Resources, Shandong Linyi 276000, China；3. Shandong Provincical Diamond Geological Research Center, Shandong Linyi 276006, China)

Pingyi Depression basin located in Shandong Province has rich gypsum resources. Since 1980s, the gypsum mining activities have been increasing continuously. Acoompanying with the continuous expansion of the mining area, mined-out areas have been increased, and the ground subsidence occurred. In December 25th in 2015, large area collapse happened in Yurong gypsum deposit and Wanzao gypsum deposit in Pingyi county. 29 miners were trapped. In the rescue process, a series of hydrogeological problems happened, such as water property of water-bearing formation in limestone has increased, supplying conditions of mine water has changed, karst water in limestone in upper part of gypsum layers give a large number of supply to mined-out areas, the threat of goaf water in south of the mine and karst collapse, etc directly affected rescue work. In this paper, hydrogeological problems during the rescue have been analyzed and studied, prevention and control measures have been summarized. It will provide some experiences and references for similar mine accident rescue.

Yurong gypsum deposit; accident rescue; hydrogeology problems; analysis

2016-03-31；

2016-10-09；編輯：王敏 作者簡(jiǎn)介：楊明(1982—)，男，山東郯城人，工程師，從事水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)研究；E-mail:ym0539@139.com

P641.4

B

楊明，郭長(zhǎng)勝，楊月，等.山東省平邑玉榮石膏礦“12·25”事故救援過(guò)程中的水文地質(zhì)問(wèn)題分析[J].山東國(guó)土資源，2016,32(12)：41-49.YANG Ming, GUO Changsheng, YANG Yue，etc.Analysis on Hydrogeological Problems During the Rescue of “12·25”Accident in Yurong Gypsum Deposit in Pingyi County of Shandong Province[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(12)：41-49.