貴州某鉛鋅礦坑探工程水文地質分析及綜合防治水安全技術措施應用研究

席政，席德美

(1.畢節市應急管理服務中心，貴州 畢節市，551700；2.盤州市水務局，貴州 六盤水市，561601)

0 引言

坑探工程是為后期采礦所作的前期準備工作，在地下井巷施工作業中風險性較大，常常伴有水災、頂板、爆炸等事故的發生，其中水災事故是造成人員傷亡和財產損失的主要風險之一。因此，必須開展坑探設計、探放水設計，成立防治水機構、配齊專業技術人員、加強管理等[1-2]，目前，國內許多工程技術人員對井巷綜合防治水安全工作開展了大量的研究。如高林等[3]提出了“四位一體”綜合防治水措施在貴州某煤礦的應用；賀靜兵[4]對某煤礦區防治水進行分析并提出相應治理措施；王荀勇[5]分析了煤礦水文地質類型的劃分并提出防治水工作建議；賈偉[6]分析了礦井水文地質類型劃分并對防治水工作提出建議。

本文主要對貴州省威寧縣梁山鉛鋅礦詳查探礦權勘查區地下勘探坑道水文地質資料進行詳細分析，并提出有效的綜合防治水安全技術措施，為該項目安全生產工作服務。

1 水文地質分析

貴州省威寧縣梁山鉛鋅礦詳查探礦權勘查區位于貴州省威寧縣云貴鄉群豐村，現探礦礦權面積為6.54 km2，現基本查明礦（化）體產狀及控（容）礦構造類型、產狀特征，收集有關礦體、礦化體的資料，總結礦脈特征，礦體的產出規律。

本次坑探工程采用豎井-斜井聯合開拓系統進行探礦設計。豎井井口標高為1852 m。以90°傾角向下掘252 m，至+1600 m 標高，在+1600 m 標高設置井底車場。從+1600 m 車場口向南西方向掘進1600 運輸大巷（東）260 m，再向北西方向掘進1600運輸大巷（西）574 m，與+1600 m 回風平巷貫通，形成通風系統。回風斜井以317°方位角、22°傾角向下掘進至+1600 m 回風平巷，與豎井形成通風系統。

1.1 水文地質

（1）水文、氣象。探礦區內地表水系發育有豆芽溝小溪，自西向東流出礦區匯入格拉河，枯水季節流量約1 L/s，小溪洪水期流量可達3000～5000 L/s；梁山礦段扎塘小溪，自南向北流出礦區匯入格拉河；扎塘小溪枯水季節流量約0.25 L/s，洪水期流量可達900 L/s。年降雨量約1150 mm，多集中在6～8 月，最大暴雨量約為77 mm。

（2）區域水文地質。探礦區區域水文地質單元屬大寨巖溶大泉系統，區域斷裂構造發育強烈，含水層呈帶狀展布；地形切割較強烈，地表水系較發育，地下水循環交替強烈，且多為深埋藏，地表常干旱缺水。區域地下水類型可分為碳酸鹽巖類巖溶水、碎屑巖裂隙水及松散巖類孔隙水3 大類。

1.2 含水隔水層的劃分

1.2.1 含水層

（1）堯梭組（D3y）：淺灰、灰白色中厚層狀亮晶生物屑灰巖，縫合線構造發育。中下部見鐵錳質白云巖。厚＞120 m。巖溶較發育，富含巖溶裂隙水，屬富水性中等偏強的含水巖組。

（2）革老河組（C1g）：灰、深灰色中厚層狀泥灰巖夾泥巖，厚＞65 m。巖溶較發育，富含巖溶裂隙水，屬含水不均一富水性中等的含水巖組。

（3）湯粑溝組（C1t）：灰、深灰色中厚層狀泥灰巖與灰巖互層，厚＞85 m。巖溶較發育，富含溶隙水，屬富水性中等偏強的含水巖組。

（4）祥擺組（C1x）：深灰色粉砂巖、細砂巖夾泥巖及煤層，厚＞50 m。富水性弱，屬弱含水層。

1.2.2 隔水層

上述各含水巖組中所夾的泥、頁巖在礦床內可視為隔水層。

1.3 地下水補給和徑流及排泄

整個礦床屬地下水補給區，大氣降水是唯一的補給源。礦床內所施工鉆孔水位多高于礦區北東部格拉河的河床標高(+1430～+1525 m)，即地下水補給地表水，施工的所有坑道僅在雨季見裂隙滴水，無集水、涌水現象。大氣降水通過巖石裂隙、巖溶漏斗、落水洞滲入地下補給地下水。地下水通過巖溶管道及暗河徑流，在低洼處以泉的形式出露地表，或在溶洞的出口處排泄，區內地下水總體由北西向南東徑流。

1.4 地表水和地下水特征

根據對豐水期季節開展動態監測工作，較好地掌握了礦區地下水、地表水的動態特征。動態觀測結果說明地表水流量的動態是隨季節變化而變化的。礦區地下水、地表水動態特征見表1，157 點號動態曲線見圖1。

表1 礦區地下水、地表水動態特征

圖1 157 點動態曲線

從圖1 和表1 可以看出,豐水期降雨增大，流量也增大；枯水期降雨減少，其流量也隨之變小。

1.5 礦床充水因素

（1）充水水源。探礦區充水水源主要是堯梭組（D3y）、革老河組（C1g）及湯粑溝組（C1t）之溶隙、溶洞水及構造裂隙水。

（2）充水通道及充水方式。探礦區內礦層大部分分布于河流侵蝕基準面之上，礦層底板堯梭組（D3y）的地下水在采掘過程中可能通過構造裂隙涌出，發生突水現象；礦層本身為含水不均一、富水性中等的含水巖組，一旦開采，其地下水將會滲出，造成礦坑積水；礦層頂板為鐵錳質白云巖，屬相對含水層，開采中如遇斷裂構造，其地下水將會沿裂隙、破碎帶滲入，造成礦坑涌水。雖然礦層為頂、底板直接充水礦床，但由于含水層均為富水性中等含水巖組，因此，頂板充水及底板突水的水量一般較大，對開采可能會造成嚴重影響。

（3）構造對礦床充水的影響。探礦區位于被F1 斷層破壞了的云貴橋背斜南東端近核部，地層露頭走向總體呈北西—南東，傾向北東，傾角多為30°～50°。區內斷裂及褶皺構造較為發育。區內斷層較發育，規模較大的主要有F1 及F7 斷層，其將對礦床充水產生影響。在礦床開采中，于斷裂帶附近，尤其是F1 斷裂帶附近，有產生礦坑突水的可能性。因此，礦區內構造對礦床充水影響較大，在斷裂帶附近開采時，有產生局部突水的可能性。

（4）地表水對礦床充水的影響。區內地表河流較發育，礦層標高高于河流侵蝕基準面標高，對礦床充水影響較小。

綜上所述，威寧縣梁山鉛鋅礦礦體分布在地下水位和當地侵蝕基準面以上，地形起伏較大、地表水系不發育、開采礦體主要充水巖層為巖溶裂隙水，充水途徑主要為斷層裂隙、礦坑開采引起的冒落帶和導水裂隙帶，屬頂底板進水為主的巖溶裂隙充水礦床，為“水文地質條件簡單類型”礦床。

2 綜合防治水安全技術措施

2.1 加強水文地質基礎工作

坑探工程在施工建設時要定期收集、調查和核對坑探系統周邊其他相關礦山的開采情況及水文情況，并按要求填繪出規范的坑探礦區水文地質圖；加強與有資質的服務機構單位合作，開展水文地質調查和礦井水害防治方案的編制，同時可以開展三維地震勘探工作，補充查明探查范圍內落差大于 5 m 的斷層位置、性質、導水性以及老窯、采空區的大致位置和積水分布情況。

2.2 完善防治水管理體系

必須建立健全礦山防治水專門機構；配備專門的防治水專業技術人員和專業探放水設備；完善各相關設施，配備足夠的排水設備，儲備足夠的防洪搶險物資；完善礦井防治水有關的管理制度，每年編制年度防治水計劃和中長期防治水規劃；礦井應編制年度水害防治計劃和水害應急預案；加強培訓，讓各級管理員和井下操作員工懂得各種水害類型的突水征兆，特種作業人員必須持證上崗，其他從業人員必須經培訓考核合格后方可上崗作業。

2.3 劃分突水危險區域

（1）突水危險區域：臨近淺部小窯的所有巷道；巖溶含水層中的井巷掘進；穿過含水層的集中徑流帶；水文地質條件復雜區，穿過斷層周圍。

（2）無突水危險區域。主要是指遠離淺部老窯及無含水地層中掘進時，在弱含水層中可能局部存在少量裂隙水，基本上不會造成水害事故。

2.4 做好局部防治水工作

礦山必須做好水害分析預報，堅持“物探先行、鉆孔驗證、預測預報、有疑必探”的探放水原則，還必須做到有疑必停，密切關注透水征兆；每一循環的施工掘進必須認真分析并按要求編制探放水設計，按規定留設探放水允許掘進距離，嚴禁“超挖超掘”，施工作業出水點位置作標記，并整理到井上下對照圖及采掘工程圖上，做好綜合分析；配齊配足探放水設備，必須配備1 臺便攜式物探和2臺探水鉆。

2.5 做好區域防治水工作

嚴格落實地面防治水、斷層防治水等綜合措施，建立和健全防排水系統；嚴格按“預測預報、有掘必探，先探后掘、先治后采”的原則采取安全防治水措施；建立地下水動態觀測系統，做好地下水的動態觀測和水害預報，并制定相應的“探、防、堵、截、排”綜合防治水措施。

2.6 強化防排水系統建設

（1）正常排水系統建設。該礦采用分級排水，主豎井施工時，+1600 m 泵房3 臺排水泵，水泵流量為280 m3/h，水泵揚程為301 m。斜井施工時采用3 臺水泵，水泵流量為280 m3/h，水泵揚程為301 m。在+1600 m 井底車場施工兩個水倉，每個水倉長為27 m，斷面面積為6.59 m2，總容量為335 m3，同時安裝水泵、排水管路形成完整的排水系統。掘進工作面及沿脈平巷的水自流到+1600 m 水倉。

（2）應急排水系統建設。選用先進的礦用大型潛水泵及匹配自動化控制系統，可選用較為先進的抗災潛水泵代替現有的礦用主排水泵。該類型潛水泵最大的優點是不怕被水淹，可直接安裝在水倉內。礦井可設計4 臺潛水泵，設置排水管路3 趟。正常涌水量時1 臺泵工作，最大涌水量時3 臺工作，1 臺備用。同時，可設計由地面控制的潛水泵供電和啟動系統，即使井下中央變電所被水淹沒，仍然可由地面計算機自動控制系統啟動潛水泵進行應急救災排水，提升了礦井排水系統的可靠性。

3 結語

根據近年來金屬非金屬礦山透水事故的發生情況，貴州地下鉛鋅礦山的防治水形勢不容樂觀，一些礦山水文地質資料評價分析不全面、綜合防治水措施不到位的現象屢見不鮮，導致透水事故時有發生。因此，對金屬非金屬地下礦山而言，制定完善而行之有效的防治水措施顯得尤為重要。該礦在《安全生產法》《金屬非金屬地下礦山防治水技術規范》[7]《礦區水文地質工程地質勘查規范》[8]《金屬非金屬礦山安全規程》[1]等法律法規的指導下，結合礦山自身條件以及區域水文地質條件，通過認真全面地分析，提出一系列綜合防治水措施，在礦山井巷工程實際生產建設中取得了良好的效果，可為同類型的礦山提供參考。