黔中福泉地區(qū)英坪磷礦礦床充水因素研究

宋廣坦

（中藍(lán)連海設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 連云港 222000）

貴州省福泉市英坪磷礦區(qū)位于貴州省中部福泉市350°方向，中心位置與市區(qū)的直距約為30 km，屬福泉市高坪鎮(zhèn)轄地。勘查區(qū)位于高坪背斜南段東翼，區(qū)域上屬長江流域?yàn)踅狄患?jí)支流清水江次級(jí)支流巖坑河末級(jí)支流阿羅河上游補(bǔ)給區(qū)和清水江次級(jí)支流冷水河末級(jí)支流高坪河（羊徐河）上游補(bǔ)給區(qū)。礦區(qū)查明有a、b兩個(gè)礦層，其中，b礦層為礦區(qū)工業(yè)礦體。在工業(yè)礦體中，I號(hào)礦體分布在地下水水面之下，其余礦體位于最低侵蝕基準(zhǔn)面之下，礦床相鄰分布有小壩磷礦等十余處開采礦山，礦山采空區(qū)地下水儲(chǔ)量大、靜水壓力強(qiáng)，可能通過大裂隙對(duì)礦坑突水。因此，開展礦床充水因素分析研究對(duì)英坪磷礦安全開采及鄰區(qū)礦山水害治理具有指導(dǎo)意義。

1 水文地質(zhì)條件

礦區(qū)位于高坪背斜軸部東翼，總體為單斜構(gòu)造，地勢(shì)總體東高西低。區(qū)內(nèi)出露青白口系、南華系、震旦系、寒武系、石炭系、二疊系及下、中三疊系地層。第四系僅零星分布，不整合覆于前述各地層之上，缺失奧陶紀(jì)、志留紀(jì)、泥盆紀(jì)時(shí)期的沉積。區(qū)域構(gòu)造主要為白巖—高坪復(fù)背斜以及切錯(cuò)該背斜的小壩斷層，出露巖漿巖主要為峨眉山玄武巖。區(qū)內(nèi)深部燈影組、陡山沱組白云巖巖溶發(fā)育弱，巖溶僅表現(xiàn)為裂隙、小溶孔，地下水賦存形式主要為巖溶孔洞裂隙水，地下水的補(bǔ)給主要為大氣降水，其次為河水。

2 礦坑充水因素

礦區(qū)b礦層礦體產(chǎn)出于高坪背斜軸部東翼南端，整體為單斜產(chǎn)出。b礦層產(chǎn)于震旦系陡山沱組頂部第四段中，礦體頂板為燈影組第一段底部白云巖、硅質(zhì)巖，礦體直接底板為陡山沱組第三段硅質(zhì)白云巖、硅質(zhì)巖。

b礦層有I號(hào)礦體、Ⅱ號(hào)礦體和F351上盤礦體，均位于區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)單元的補(bǔ)給、徑流區(qū)，全部處于地下水水面之下。礦區(qū)中部及北東最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高為1 143.00 m，礦區(qū)北部最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高為1 199.00 m，F(xiàn)351上盤礦體、Ⅱ號(hào)礦體以及大部分I號(hào)礦體位于侵蝕基準(zhǔn)面之下，如表1所示。

表1 英坪磷礦區(qū)礦體水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)

當(dāng)?shù)V體處于區(qū)域地下水的水面以上時(shí)，地下水的補(bǔ)給主要為大氣降水；當(dāng)?shù)V體處于地下水的水面以下時(shí)，除了大氣降水，潛水也是礦坑充水的主要因素[1]。通過對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)條件的調(diào)查和分析發(fā)現(xiàn)，開采深部磷礦時(shí)，礦坑充水因素主要有以下4個(gè)方面。

2.1 地下水直接充水

根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)特征，將震旦系陡山沱組（Pt33d）、震旦系寒武系燈影組（Pt33b∈1dy）合并為一個(gè)含水層，地下水主要為巖溶孔洞裂隙水，該含水層厚度大，成為礦坑充水主要含水層。礦區(qū)內(nèi)10勘探線至12勘探線地下強(qiáng)巖溶區(qū)，溶洞發(fā)育于燈影組三段、燈影組一段及陡山沱組三段（Pt33d3）巖層中，最大溶蝕深度可達(dá)到227.52 m；10勘探線向南至礦區(qū)外地下弱巖溶區(qū)，溶孔以燈影組三段、燈影組一段及陡山沱組四段砂礫狀磷塊巖內(nèi)最發(fā)育，礦山開采時(shí)，陡山沱組、燈影組巖溶含水層中所含地下水通過溶蝕孔洞、裂隙直接對(duì)礦坑充水，是礦坑充水的直接水源。

礦層頂板燈影組地層是半堅(jiān)硬巖組，巖石的抗壓強(qiáng)度Rc=29.80～47.80 MPa，平均為39.09 MPa，頂板管理考慮全部陷落，冒落帶最大高度（Hc）和導(dǎo)水裂隙帶（Hf）采用以下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：M為累計(jì)采厚，m；n為可采磷礦層數(shù)。

礦區(qū)可采礦層為1層，根據(jù)礦區(qū)礦體特征，各礦體冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶最大高度如表2所示。

表2 英坪磷礦區(qū)礦體冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶最大高度統(tǒng)計(jì)

在采礦過程中，冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶將波及燈影組含水層。由表2可知，采礦過程中產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶的高度在任何情況下都已直接延伸到上覆燈影組含水層之中，致使礦床頂板含水層中的地下水直接對(duì)礦坑充水。對(duì)于I號(hào)礦體而言，采礦過程中產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶的高度都已穿過上覆燈影組含水層且延伸至地表，除了燈影組、陡山沱組巖溶含水層中的地下水外，大氣降水將通過導(dǎo)水裂隙對(duì)礦坑間接充水；對(duì)于Ⅱ號(hào)礦體、F351上盤礦體，采礦過程中產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶的高度穿過上覆燈影組含水層，除了燈影組、陡山沱組巖溶含水層中的地下水，上覆碎屑巖中的風(fēng)化裂隙水將通過導(dǎo)水裂隙對(duì)礦坑間接充水。

2.2 大氣降水

大氣降水通過巖溶裂隙、構(gòu)造裂隙、基巖裂隙等補(bǔ)給含水層，再通過巖溶裂隙、導(dǎo)水裂隙等對(duì)礦井充水[2-3]，是間接充水水源。

I號(hào)礦體全部處于地下水水面之下，采礦過程中產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶將直接穿過上覆燈影組含水層延伸至地面，大氣降水通過巖溶裂隙、構(gòu)造裂隙、導(dǎo)水裂隙將對(duì)礦坑間接充水。

Ⅱ號(hào)礦體及F351上盤礦體處于地下水水面之下。礦體充水含水層燈影組、陡山沱組，上覆大面積出露厚大的明心寺組和牛蹄塘組粉砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖隔水層，大氣降水形成地表徑流快，加之區(qū)內(nèi)地形坡度大，形成的地表徑流較強(qiáng)，只有少量大氣降水滲入地下，進(jìn)入地下循環(huán)，通過巖溶裂隙、構(gòu)造裂隙、導(dǎo)水裂隙對(duì)礦坑間接充水。

2.3 地表水體

礦區(qū)內(nèi)地表水體主要有英坪溪和阿羅河左支流兩條小溪溝，為礦床間接充水因素。

阿羅河左支流于礦區(qū)8勘探線附近流入礦區(qū)北部，標(biāo)高1 259.00 m，從I號(hào)礦體上覆燈影組含水層通過，至12勘探線雙碑墳附近流出礦區(qū)，標(biāo)高1 230.00 m。該段河床位于地下水的水面之上，河水滲漏補(bǔ)給地下水，該河水量較小，因此對(duì)地下水補(bǔ)給量不大。采礦過程中產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶直接穿過上覆燈影組含水層，延伸至地面阿羅河河床，河水通過巖溶裂隙、構(gòu)造裂隙、導(dǎo)水裂隙對(duì)礦坑間接充水，其影響程度與礦井到河床的距離成反比。

英坪溪于2+100勘探線附近進(jìn)入礦區(qū)，標(biāo)高1 223.00 m，至0勘探線擔(dān)秧沖附近流出礦區(qū)，標(biāo)高1 200.00 m。英坪溪在礦區(qū)內(nèi)，主要發(fā)育近平行排列的EW走向的季節(jié)性沖溝，即擔(dān)秧沖、老虎沖、山?jīng)_溪溝。這些溪溝從礦層上部明心寺組和牛蹄塘組粉砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖隔水層通過，溪水的滲流量不會(huì)太大，因其地形切割深、水力坡降較大、流量隨季節(jié)變化明顯，僅暴雨和大雨過后才有短時(shí)水流。在豐水期，英坪溪水大部分流入英坪主排洪渠，只有少量溪水滲漏，通過巖溶裂隙、構(gòu)造裂隙、導(dǎo)水裂隙對(duì)礦坑間接充水，水量不大。

另外，礦區(qū)內(nèi)及其附近分布有水塘，由于礦區(qū)巖溶裂隙較為發(fā)育，在開采過程中，水塘中的水體沿巖溶裂隙及導(dǎo)水裂隙注入礦坑，間接對(duì)礦床充水。

2.4 相鄰露采坑積水

區(qū)內(nèi)工礦活動(dòng)頻繁，形成許多大大小小的露采區(qū)。在豐水期，這些采區(qū)內(nèi)蓄有地下水，在天然條件下形成地下水庫。毗鄰礦區(qū)西側(cè)、北東側(cè)的是英坪磷礦露采場和福泉市磷礦小壩露采場，已形成英坪磷礦I、Ⅱ號(hào)，攔馬拗及福泉市磷礦小壩露采區(qū)。其中，英坪磷礦I號(hào)坑露采區(qū)已閉坑回填恢復(fù)，英坪磷礦Ⅱ號(hào)及福泉市磷礦小壩露采區(qū)正在開展回填工作。在調(diào)查期間，英坪磷礦Ⅱ號(hào)坑露采區(qū)及福泉市磷礦小壩露采區(qū)存在積水，分別為225 000、51 000 m3，未有排水系統(tǒng)排水。在露采區(qū)內(nèi)，由于打眼放炮采礦，四周形成許多大大小小的裂隙，采區(qū)中的地下水由于靜水壓力，通過這些裂隙對(duì)礦坑間接充水，其影響程度與礦井到采坑之間的距離成反比。本次工作對(duì)從英坪磷礦I號(hào)采坑排出的地下水進(jìn)行長期觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)其動(dòng)態(tài)流量為41.1～422.4 L/s，平均流量為138.0 L/s。由此可見，在豐水期，采區(qū)中儲(chǔ)積了大量地下水，對(duì)礦坑的充水影響不容忽視。

3 礦床突水帶劃分

礦區(qū)毗鄰的英坪磷礦有多個(gè)露采區(qū)，儲(chǔ)積了大量水體，是造成本礦突水危害的重要因素，同時(shí)劃分了3個(gè)突水帶。

3.1 英坪磷礦I號(hào)坑露采區(qū)突水帶

英坪磷礦I號(hào)坑露采區(qū)與礦區(qū)毗鄰，是淺部磷礦露采區(qū)，采區(qū)底部標(biāo)高由南向北為1 090.00～1 120.00 m，采區(qū)內(nèi)儲(chǔ)積了大量地下水，其動(dòng)態(tài)流量為41.1～422.4 L/s，平均流量為138.0 L/s。靠近I號(hào)坑露采區(qū)的Ⅱ號(hào)礦體底板標(biāo)高為950.00～1 000.00 m，礦體底板與I號(hào)坑露采區(qū)底部的垂直距離只有90.00～170.00 m。Ⅱ號(hào)礦體在采礦過程中產(chǎn)生的冒落導(dǎo)水裂隙帶平均高度為269.33 m。由此可知，采礦過程中產(chǎn)生的冒落導(dǎo)水裂隙帶的高度已延伸至I號(hào)坑露采區(qū)底部，冒落導(dǎo)水裂隙帶將溝通與采空區(qū)裂隙帶的水力聯(lián)系。另外，露采區(qū)為打眼放炮采礦，在四周及地下深部形成許多裂隙密集帶，由于靜水壓力，這些裂隙密集帶被疏通淘空，逐漸擴(kuò)大形成大裂隙。當(dāng)冒落導(dǎo)水裂隙帶溝通至大裂隙時(shí)，英坪磷礦I號(hào)坑露采區(qū)中的地下水將對(duì)礦坑突水，特別是在豐水期，這種突水危害會(huì)更加突出（下文的英坪磷礦Ⅱ號(hào)坑露采區(qū)突水帶和英坪磷礦攔馬拗露采區(qū)突水帶也同樣存在此因素）。因此，距英坪磷礦I號(hào)坑露采區(qū)較近區(qū)域被劃分為礦床突水帶。

3.2 英坪磷礦Ⅱ號(hào)坑露采區(qū)突水帶

英坪磷礦Ⅱ號(hào)坑露采區(qū)與礦區(qū)毗鄰，為淺部磷礦露采區(qū)，采區(qū)底部標(biāo)高由南向北為1 190.00～1 220.00 m，采區(qū)中部蓄積了大量地下水，蓄水量為225 000 m3。近Ⅱ號(hào)坑露采區(qū)的Ⅱ號(hào)礦體底板標(biāo)高為850.00～950.00 m，礦體底板與Ⅱ號(hào)坑露采區(qū)底部的垂直距離只有290.00～270.00 m。Ⅱ號(hào)礦體采礦過程中產(chǎn)生的冒落導(dǎo)水裂隙帶高度為22.95～546.65 m。由此可知，采礦過程中產(chǎn)生的部分冒落導(dǎo)水裂隙帶的高度已延伸至I號(hào)坑露采區(qū)底部，冒落導(dǎo)水裂隙帶將溝通與采空區(qū)裂隙帶的水力聯(lián)系。因此，英坪磷礦Ⅱ號(hào)坑露采區(qū)中部蓄水池附近區(qū)域被劃分為礦床突水帶。

3.3 英坪磷礦攔馬拗露采區(qū)

英坪磷礦攔馬拗露采區(qū)位于礦區(qū)西側(cè)8線和西側(cè)10線之間，采區(qū)中段至北端位于礦區(qū)內(nèi)，采區(qū)底部標(biāo)高由南向北為1 190.00～1 250.00 m。據(jù)訪問，南東端原有一大蓄水池，蓄水量為264 000 m3。2014年，英坪磷礦攔馬拗露采區(qū)北西側(cè)發(fā)生滑坡，將該采區(qū)掩埋。根據(jù)礦區(qū)地下水等值線與礦體底板等高線對(duì)照?qǐng)D，靠近攔馬拗露采區(qū)的I號(hào)礦體底板標(biāo)高為1 050.00～1 100.00 m，位于攔馬拗露采區(qū)北端底部的I號(hào)礦體底板標(biāo)高為1 050.00～1 245.00 m，與攔馬拗露采區(qū)底部的垂直距離只有5.00～150.00 m，高度已直接延伸到上覆攔馬拗露采區(qū)底部，冒落導(dǎo)水裂隙帶將溝通與采空區(qū)裂隙帶的水力聯(lián)系。因此，英坪磷礦攔馬拗露采區(qū)中蓄水池附近區(qū)域被劃分為礦床突水帶。

4 結(jié)論

（1）本礦區(qū)可采礦層均位于區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)單元的補(bǔ)給、徑流區(qū)，全部處于地下水水面之下，部分礦體位于侵蝕基準(zhǔn)面之下，充水因素有地下水的直接充水、大氣降水、地表水體和相鄰露采坑積水等4種。

（2）礦區(qū)毗鄰的英坪磷礦有多個(gè)露采區(qū)，儲(chǔ)積了大量水體，是造成本礦突水危害的重要因素，劃分了3個(gè)突水帶，分別是英坪磷礦I號(hào)、Ⅱ號(hào)坑以及攔馬拗采露區(qū)突水帶。