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        貴州某鉛鋅礦坑探工程水文地質(zhì)分析及綜合防治水安全技術(shù)措施應(yīng)用研究

        2022-06-04 12:28:22席政席德美
        采礦技術(shù) 2022年3期
        關(guān)鍵詞:含水水文地質(zhì)巖溶

        席政,席德美

        (1.畢節(jié)市應(yīng)急管理服務(wù)中心,貴州 畢節(jié)市,551700;2.盤州市水務(wù)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(zhǔn)備工作,在地下井巷施工作業(yè)中風(fēng)險(xiǎn)性較大,常常伴有水災(zāi)、頂板、爆炸等事故的發(fā)生,其中水災(zāi)事故是造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的主要風(fēng)險(xiǎn)之一。因此,必須開展坑探設(shè)計(jì)、探放水設(shè)計(jì),成立防治水機(jī)構(gòu)、配齊專業(yè)技術(shù)人員、加強(qiáng)管理等[1-2],目前,國內(nèi)許多工程技術(shù)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(yīng)用;賀靜兵[4]對某煤礦區(qū)防治水進(jìn)行分析并提出相應(yīng)治理措施;王荀勇[5]分析了煤礦水文地質(zhì)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(zhì)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(quán)勘查區(qū)地下勘探坑道水文地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)分析,并提出有效的綜合防治水安全技術(shù)措施,為該項(xiàng)目安全生產(chǎn)工作服務(wù)。

        1 水文地質(zhì)分析

        貴州省威寧縣梁山鉛鋅礦詳查探礦權(quán)勘查區(qū)位于貴州省威寧縣云貴鄉(xiāng)群豐村,現(xiàn)探礦礦權(quán)面積為6.54 km2,現(xiàn)基本查明礦(化)體產(chǎn)狀及控(容)礦構(gòu)造類型、產(chǎn)狀特征,收集有關(guān)礦體、礦化體的資料,總結(jié)礦脈特征,礦體的產(chǎn)出規(guī)律。

        本次坑探工程采用豎井-斜井聯(lián)合開拓系統(tǒng)進(jìn)行探礦設(shè)計(jì)。豎井井口標(biāo)高為1852 m。以90°傾角向下掘252 m,至+1600 m 標(biāo)高,在+1600 m 標(biāo)高設(shè)置井底車場。從+1600 m 車場口向南西方向掘進(jìn)1600 運(yùn)輸大巷(東)260 m,再向北西方向掘進(jìn)1600運(yùn)輸大巷(西)574 m,與+1600 m 回風(fēng)平巷貫通,形成通風(fēng)系統(tǒng)。回風(fēng)斜井以317°方位角、22°傾角向下掘進(jìn)至+1600 m 回風(fēng)平巷,與豎井形成通風(fēng)系統(tǒng)。

        1.1 水文地質(zhì)

        (1)水文、氣象。探礦區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)育有豆芽溝小溪,自西向東流出礦區(qū)匯入格拉河,枯水季節(jié)流量約1 L/s,小溪洪水期流量可達(dá)3000~5000 L/s;梁山礦段扎塘小溪,自南向北流出礦區(qū)匯入格拉河;扎塘小溪枯水季節(jié)流量約0.25 L/s,洪水期流量可達(dá)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(qū)域水文地質(zhì)。探礦區(qū)區(qū)域水文地質(zhì)單元屬大寨巖溶大泉系統(tǒng),區(qū)域斷裂構(gòu)造發(fā)育強(qiáng)烈,含水層呈帶狀展布;地形切割較強(qiáng)烈,地表水系較發(fā)育,地下水循環(huán)交替強(qiáng)烈,且多為深埋藏,地表常干旱缺水。區(qū)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?guī)r,縫合線構(gòu)造發(fā)育。中下部見鐵錳質(zhì)白云巖。厚>120 m。巖溶較發(fā)育,富含巖溶裂隙水,屬富水性中等偏強(qiáng)的含水巖組。

        (2)革老河組(C1g):灰、深灰色中厚層狀泥灰?guī)r夾泥巖,厚>65 m。巖溶較發(fā)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?guī)r與灰?guī)r互層,厚>85 m。巖溶較發(fā)育,富含溶隙水,屬富水性中等偏強(qiáng)的含水巖組。

        (4)祥擺組(C1x):深灰色粉砂巖、細(xì)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(nèi)可視為隔水層。

        1.3 地下水補(bǔ)給和徑流及排泄

        整個(gè)礦床屬地下水補(bǔ)給區(qū),大氣降水是唯一的補(bǔ)給源。礦床內(nèi)所施工鉆孔水位多高于礦區(qū)北東部格拉河的河床標(biāo)高(+1430~+1525 m),即地下水補(bǔ)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(xiàn)象。大氣降水通過巖石裂隙、巖溶漏斗、落水洞滲入地下補(bǔ)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(qū)內(nèi)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(jù)對豐水期季節(jié)開展動態(tài)監(jiān)測工作,較好地掌握了礦區(qū)地下水、地表水的動態(tài)特征。動態(tài)觀測結(jié)果說明地表水流量的動態(tài)是隨季節(jié)變化而變化的。礦區(qū)地下水、地表水動態(tài)特征見表1,157 點(diǎn)號動態(tài)曲線見圖1。

        表1 礦區(qū)地下水、地表水動態(tài)特征

        圖1 157 點(diǎn)動態(tài)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(qū)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(gòu)造裂隙水。

        (2)充水通道及充水方式。探礦區(qū)內(nèi)礦層大部分分布于河流侵蝕基準(zhǔn)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(gòu)造裂隙涌出,發(fā)生突水現(xiàn)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(zhì)白云巖,屬相對含水層,開采中如遇斷裂構(gòu)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(yán)重影響。

        (3)構(gòu)造對礦床充水的影響。探礦區(qū)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(qū)內(nèi)斷裂及褶皺構(gòu)造較為發(fā)育。區(qū)內(nèi)斷層較發(fā)育,規(guī)模較大的主要有F1 及F7 斷層,其將對礦床充水產(chǎn)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(chǎn)生礦坑突水的可能性。因此,礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造對礦床充水影響較大,在斷裂帶附近開采時(shí),有產(chǎn)生局部突水的可能性。

        (4)地表水對礦床充水的影響。區(qū)內(nèi)地表河流較發(fā)育,礦層標(biāo)高高于河流侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)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(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上,地形起伏較大、地表水系不發(fā)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(dǎo)水裂隙帶,屬頂?shù)装暹M(jìn)水為主的巖溶裂隙充水礦床,為“水文地質(zhì)條件簡單類型”礦床。

        2 綜合防治水安全技術(shù)措施

        2.1 加強(qiáng)水文地質(zhì)基礎(chǔ)工作

        坑探工程在施工建設(shè)時(shí)要定期收集、調(diào)查和核對坑探系統(tǒng)周邊其他相關(guān)礦山的開采情況及水文情況,并按要求填繪出規(guī)范的坑探礦區(qū)水文地質(zhì)圖;加強(qiáng)與有資質(zhì)的服務(wù)機(jī)構(gòu)單位合作,開展水文地質(zhì)調(diào)查和礦井水害防治方案的編制,同時(shí)可以開展三維地震勘探工作,補(bǔ)充查明探查范圍內(nèi)落差大于 5 m 的斷層位置、性質(zhì)、導(dǎo)水性以及老窯、采空區(qū)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(jī)構(gòu);配備專門的防治水專業(yè)技術(shù)人員和專業(yè)探放水設(shè)備;完善各相關(guān)設(shè)施,配備足夠的排水設(shè)備,儲備足夠的防洪搶險(xiǎn)物資;完善礦井防治水有關(guān)的管理制度,每年編制年度防治水計(jì)劃和中長期防治水規(guī)劃;礦井應(yīng)編制年度水害防治計(jì)劃和水害應(yīng)急預(yù)案;加強(qiáng)培訓(xùn),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(yè)人員必須持證上崗,其他從業(yè)人員必須經(jīng)培訓(xùn)考核合格后方可上崗作業(yè)。

        2.3 劃分突水危險(xiǎn)區(qū)域

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

        (2)無突水危險(xiǎn)區(qū)域。主要是指遠(yuǎn)離淺部老窯及無含水地層中掘進(jìn)時(shí),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(yù)報(bào),堅(jiān)持“物探先行、鉆孔驗(yàn)證、預(yù)測預(yù)報(bào)、有疑必探”的探放水原則,還必須做到有疑必停,密切關(guān)注透水征兆;每一循環(huán)的施工掘進(jìn)必須認(rèn)真分析并按要求編制探放水設(shè)計(jì),按規(guī)定留設(shè)探放水允許掘進(jìn)距離,嚴(yán)禁“超挖超掘”,施工作業(yè)出水點(diǎn)位置作標(biāo)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(shè)備,必須配備1 臺便攜式物探和2臺探水鉆。

        2.5 做好區(qū)域防治水工作

        嚴(yán)格落實(shí)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(tǒng);嚴(yán)格按“預(yù)測預(yù)報(bào)、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(tài)觀測系統(tǒng),做好地下水的動態(tài)觀測和水害預(yù)報(bào),并制定相應(yīng)的“探、防、堵、截、排”綜合防治水措施。

        2.6 強(qiáng)化防排水系統(tǒng)建設(shè)

        (1)正常排水系統(tǒng)建設(shè)。該礦采用分級排水,主豎井施工時(shí),+1600 m 泵房3 臺排水泵,水泵流量為280 m3/h,水泵揚(yáng)程為301 m。斜井施工時(shí)采用3 臺水泵,水泵流量為280 m3/h,水泵揚(yáng)程為301 m。在+1600 m 井底車場施工兩個(gè)水倉,每個(gè)水倉長為27 m,斷面面積為6.59 m2,總?cè)萘繛?35 m3,同時(shí)安裝水泵、排水管路形成完整的排水系統(tǒng)。掘進(jìn)工作面及沿脈平巷的水自流到+1600 m 水倉。

        (2)應(yīng)急排水系統(tǒng)建設(shè)。選用先進(jìn)的礦用大型潛水泵及匹配自動化控制系統(tǒng),可選用較為先進(jìn)的抗災(zāi)潛水泵代替現(xiàn)有的礦用主排水泵。該類型潛水泵最大的優(yōu)點(diǎn)是不怕被水淹,可直接安裝在水倉內(nèi)。礦井可設(shè)計(jì)4 臺潛水泵,設(shè)置排水管路3 趟。正常涌水量時(shí)1 臺泵工作,最大涌水量時(shí)3 臺工作,1 臺備用。同時(shí),可設(shè)計(jì)由地面控制的潛水泵供電和啟動系統(tǒng),即使井下中央變電所被水淹沒,仍然可由地面計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)啟動潛水泵進(jìn)行應(yīng)急救災(zāi)排水,提升了礦井排水系統(tǒng)的可靠性。

        3 結(jié)語

        根據(jù)近年來金屬非金屬礦山透水事故的發(fā)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(zhì)資料評價(jià)分析不全面、綜合防治水措施不到位的現(xiàn)象屢見不鮮,導(dǎo)致透水事故時(shí)有發(fā)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(chǎn)法》《金屬非金屬地下礦山防治水技術(shù)規(guī)范》[7]《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查規(guī)范》[8]《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》[1]等法律法規(guī)的指導(dǎo)下,結(jié)合礦山自身?xiàng)l件以及區(qū)域水文地質(zhì)條件,通過認(rèn)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(shí)際生產(chǎn)建設(shè)中取得了良好的效果,可為同類型的礦山提供參考。

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