黔中福泉地区英坪磷矿矿床充水因素研究

宋广坦

（中蓝连海设计研究院有限公司，江苏 连云港 222000）

贵州省福泉市英坪磷矿区位于贵州省中部福泉市350°方向，中心位置与市区的直距约为30 km，属福泉市高坪镇辖地。勘查区位于高坪背斜南段东翼，区域上属长江流域乌江水系一级支流清水江次级支流岩坑河末级支流阿罗河上游补给区和清水江次级支流冷水河末级支流高坪河（羊徐河）上游补给区。矿区查明有a、b两个矿层，其中，b矿层为矿区工业矿体。在工业矿体中，I号矿体分布在地下水水面之下，其余矿体位于最低侵蚀基准面之下，矿床相邻分布有小坝磷矿等十余处开采矿山，矿山采空区地下水储量大、静水压力强，可能通过大裂隙对矿坑突水。因此，开展矿床充水因素分析研究对英坪磷矿安全开采及邻区矿山水害治理具有指导意义。

1 水文地质条件

矿区位于高坪背斜轴部东翼，总体为单斜构造，地势总体东高西低。区内出露青白口系、南华系、震旦系、寒武系、石炭系、二叠系及下、中三叠系地层。第四系仅零星分布，不整合覆于前述各地层之上，缺失奥陶纪、志留纪、泥盆纪时期的沉积。区域构造主要为白岩—高坪复背斜以及切错该背斜的小坝断层，出露岩浆岩主要为峨眉山玄武岩。区内深部灯影组、陡山沱组白云岩岩溶发育弱，岩溶仅表现为裂隙、小溶孔，地下水赋存形式主要为岩溶孔洞裂隙水，地下水的补给主要为大气降水，其次为河水。

2 矿坑充水因素

矿区b矿层矿体产出于高坪背斜轴部东翼南端，整体为单斜产出。b矿层产于震旦系陡山沱组顶部第四段中，矿体顶板为灯影组第一段底部白云岩、硅质岩，矿体直接底板为陡山沱组第三段硅质白云岩、硅质岩。

b矿层有I号矿体、Ⅱ号矿体和F351上盘矿体，均位于区内水文地质单元的补给、径流区，全部处于地下水水面之下。矿区中部及北东最低侵蚀基准面标高为1 143.00 m，矿区北部最低侵蚀基准面标高为1 199.00 m，F351上盘矿体、Ⅱ号矿体以及大部分I号矿体位于侵蚀基准面之下，如表1所示。

表1 英坪磷矿区矿体水文地质结构统计

当矿体处于区域地下水的水面以上时，地下水的补给主要为大气降水；当矿体处于地下水的水面以下时，除了大气降水，潜水也是矿坑充水的主要因素[1]。通过对矿区水文地质条件的调查和分析发现，开采深部磷矿时，矿坑充水因素主要有以下4个方面。

2.1 地下水直接充水

根据矿区水文地质特征，将震旦系陡山沱组（Pt33d）、震旦系寒武系灯影组（Pt33b∈1dy）合并为一个含水层，地下水主要为岩溶孔洞裂隙水，该含水层厚度大，成为矿坑充水主要含水层。矿区内10勘探线至12勘探线地下强岩溶区，溶洞发育于灯影组三段、灯影组一段及陡山沱组三段（Pt33d3）岩层中，最大溶蚀深度可达到227.52 m；10勘探线向南至矿区外地下弱岩溶区，溶孔以灯影组三段、灯影组一段及陡山沱组四段砂砾状磷块岩内最发育，矿山开采时，陡山沱组、灯影组岩溶含水层中所含地下水通过溶蚀孔洞、裂隙直接对矿坑充水，是矿坑充水的直接水源。

矿层顶板灯影组地层是半坚硬岩组，岩石的抗压强度Rc=29.80～47.80 MPa，平均为39.09 MPa，顶板管理考虑全部陷落，冒落带最大高度（Hc）和导水裂隙带（Hf）采用以下经验公式进行计算：

式中：M为累计采厚，m；n为可采磷矿层数。

矿区可采矿层为1层，根据矿区矿体特征，各矿体冒落带、导水裂隙带最大高度如表2所示。

表2 英坪磷矿区矿体冒落带、导水裂隙带最大高度统计

在采矿过程中，冒落带、导水裂隙带将波及灯影组含水层。由表2可知，采矿过程中产生的导水裂隙带的高度在任何情况下都已直接延伸到上覆灯影组含水层之中，致使矿床顶板含水层中的地下水直接对矿坑充水。对于I号矿体而言，采矿过程中产生的导水裂隙带的高度都已穿过上覆灯影组含水层且延伸至地表，除了灯影组、陡山沱组岩溶含水层中的地下水外，大气降水将通过导水裂隙对矿坑间接充水；对于Ⅱ号矿体、F351上盘矿体，采矿过程中产生的导水裂隙带的高度穿过上覆灯影组含水层，除了灯影组、陡山沱组岩溶含水层中的地下水，上覆碎屑岩中的风化裂隙水将通过导水裂隙对矿坑间接充水。

2.2 大气降水

大气降水通过岩溶裂隙、构造裂隙、基岩裂隙等补给含水层，再通过岩溶裂隙、导水裂隙等对矿井充水[2-3]，是间接充水水源。

I号矿体全部处于地下水水面之下，采矿过程中产生的导水裂隙带将直接穿过上覆灯影组含水层延伸至地面，大气降水通过岩溶裂隙、构造裂隙、导水裂隙将对矿坑间接充水。

Ⅱ号矿体及F351上盘矿体处于地下水水面之下。矿体充水含水层灯影组、陡山沱组，上覆大面积出露厚大的明心寺组和牛蹄塘组粉砂质泥岩、炭质泥岩隔水层，大气降水形成地表径流快，加之区内地形坡度大，形成的地表径流较强，只有少量大气降水渗入地下，进入地下循环，通过岩溶裂隙、构造裂隙、导水裂隙对矿坑间接充水。

2.3 地表水体

矿区内地表水体主要有英坪溪和阿罗河左支流两条小溪沟，为矿床间接充水因素。

阿罗河左支流于矿区8勘探线附近流入矿区北部，标高1 259.00 m，从I号矿体上覆灯影组含水层通过，至12勘探线双碑坟附近流出矿区，标高1 230.00 m。该段河床位于地下水的水面之上，河水渗漏补给地下水，该河水量较小，因此对地下水补给量不大。采矿过程中产生的导水裂隙带直接穿过上覆灯影组含水层，延伸至地面阿罗河河床，河水通过岩溶裂隙、构造裂隙、导水裂隙对矿坑间接充水，其影响程度与矿井到河床的距离成反比。

英坪溪于2+100勘探线附近进入矿区，标高1 223.00 m，至0勘探线担秧冲附近流出矿区，标高1 200.00 m。英坪溪在矿区内，主要发育近平行排列的EW走向的季节性冲沟，即担秧冲、老虎冲、山冲溪沟。这些溪沟从矿层上部明心寺组和牛蹄塘组粉砂质泥岩、炭质泥岩隔水层通过，溪水的渗流量不会太大，因其地形切割深、水力坡降较大、流量随季节变化明显，仅暴雨和大雨过后才有短时水流。在丰水期，英坪溪水大部分流入英坪主排洪渠，只有少量溪水渗漏，通过岩溶裂隙、构造裂隙、导水裂隙对矿坑间接充水，水量不大。

另外，矿区内及其附近分布有水塘，由于矿区岩溶裂隙较为发育，在开采过程中，水塘中的水体沿岩溶裂隙及导水裂隙注入矿坑，间接对矿床充水。

2.4 相邻露采坑积水

区内工矿活动频繁，形成许多大大小小的露采区。在丰水期，这些采区内蓄有地下水，在天然条件下形成地下水库。毗邻矿区西侧、北东侧的是英坪磷矿露采场和福泉市磷矿小坝露采场，已形成英坪磷矿I、Ⅱ号，拦马拗及福泉市磷矿小坝露采区。其中，英坪磷矿I号坑露采区已闭坑回填恢复，英坪磷矿Ⅱ号及福泉市磷矿小坝露采区正在开展回填工作。在调查期间，英坪磷矿Ⅱ号坑露采区及福泉市磷矿小坝露采区存在积水，分别为225 000、51 000 m³，未有排水系统排水。在露采区内，由于打眼放炮采矿，四周形成许多大大小小的裂隙，采区中的地下水由于静水压力，通过这些裂隙对矿坑间接充水，其影响程度与矿井到采坑之间的距离成反比。本次工作对从英坪磷矿I号采坑排出的地下水进行长期观测，发现其动态流量为41.1～422.4 L/s，平均流量为138.0 L/s。由此可见，在丰水期，采区中储积了大量地下水，对矿坑的充水影响不容忽视。

3 矿床突水带划分

矿区毗邻的英坪磷矿有多个露采区，储积了大量水体，是造成本矿突水危害的重要因素，同时划分了3个突水带。

3.1 英坪磷矿I号坑露采区突水带

英坪磷矿I号坑露采区与矿区毗邻，是浅部磷矿露采区，采区底部标高由南向北为1 090.00～1 120.00 m，采区内储积了大量地下水，其动态流量为41.1～422.4 L/s，平均流量为138.0 L/s。靠近I号坑露采区的Ⅱ号矿体底板标高为950.00～1 000.00 m，矿体底板与I号坑露采区底部的垂直距离只有90.00～170.00 m。Ⅱ号矿体在采矿过程中产生的冒落导水裂隙带平均高度为269.33 m。由此可知，采矿过程中产生的冒落导水裂隙带的高度已延伸至I号坑露采区底部，冒落导水裂隙带将沟通与采空区裂隙带的水力联系。另外，露采区为打眼放炮采矿，在四周及地下深部形成许多裂隙密集带，由于静水压力，这些裂隙密集带被疏通淘空，逐渐扩大形成大裂隙。当冒落导水裂隙带沟通至大裂隙时，英坪磷矿I号坑露采区中的地下水将对矿坑突水，特别是在丰水期，这种突水危害会更加突出（下文的英坪磷矿Ⅱ号坑露采区突水带和英坪磷矿拦马拗露采区突水带也同样存在此因素）。因此，距英坪磷矿I号坑露采区较近区域被划分为矿床突水带。

3.2 英坪磷矿Ⅱ号坑露采区突水带

英坪磷矿Ⅱ号坑露采区与矿区毗邻，为浅部磷矿露采区，采区底部标高由南向北为1 190.00～1 220.00 m，采区中部蓄积了大量地下水，蓄水量为225 000 m³。近Ⅱ号坑露采区的Ⅱ号矿体底板标高为850.00～950.00 m，矿体底板与Ⅱ号坑露采区底部的垂直距离只有290.00～270.00 m。Ⅱ号矿体采矿过程中产生的冒落导水裂隙带高度为22.95～546.65 m。由此可知，采矿过程中产生的部分冒落导水裂隙带的高度已延伸至I号坑露采区底部，冒落导水裂隙带将沟通与采空区裂隙带的水力联系。因此，英坪磷矿Ⅱ号坑露采区中部蓄水池附近区域被划分为矿床突水带。

3.3 英坪磷矿拦马拗露采区

英坪磷矿拦马拗露采区位于矿区西侧8线和西侧10线之间，采区中段至北端位于矿区内，采区底部标高由南向北为1 190.00～1 250.00 m。据访问，南东端原有一大蓄水池，蓄水量为264 000 m³。2014年，英坪磷矿拦马拗露采区北西侧发生滑坡，将该采区掩埋。根据矿区地下水等值线与矿体底板等高线对照图，靠近拦马拗露采区的I号矿体底板标高为1 050.00～1 100.00 m，位于拦马拗露采区北端底部的I号矿体底板标高为1 050.00～1 245.00 m，与拦马拗露采区底部的垂直距离只有5.00～150.00 m，高度已直接延伸到上覆拦马拗露采区底部，冒落导水裂隙带将沟通与采空区裂隙带的水力联系。因此，英坪磷矿拦马拗露采区中蓄水池附近区域被划分为矿床突水带。

4 结论

（1）本矿区可采矿层均位于区内水文地质单元的补给、径流区，全部处于地下水水面之下，部分矿体位于侵蚀基准面之下，充水因素有地下水的直接充水、大气降水、地表水体和相邻露采坑积水等4种。

（2）矿区毗邻的英坪磷矿有多个露采区，储积了大量水体，是造成本矿突水危害的重要因素，划分了3个突水带，分别是英坪磷矿I号、Ⅱ号坑以及拦马拗采露区突水带。