磷矿水文地质与开采条件研究

磷矿水文地质与开采条件研究

王江

贵州开磷有限责任公司

摘要：磷是重要的生命元素，也是重要的经济矿产资源，广泛应用于农业、养殖业、化工、医药、轻工和国防等领域，可用来制作化肥、黄磷、赤磷、磷酸以及其磷化合物等。磷矿具有不可再生性、不可循环利用性等特点，属一次性矿产资源。前期工作对研究区地质矿产进行了详细研究，但与开采安全密切相关的水文地质工作相对较少。查明矿区水文地质条件，准确预测矿井涌水量，是经济合理开采和矿产资源安全工作的重要保证。基于此，本篇文章对磷矿水文地质与开采条件进行研究，以供参考。

关键词：磷矿；水文地质；开采条件；对策

引言

矿坑涌水量预测是矿区水文地质研究的主要任务之一，也是制定安全开采方案的主要基础之一。总的来说，地雷是在某些条件下排除的，地表水和地下水以各种方式流入，一旦超过了地雷的排水能力，就会造成洪水泛滥，造成生命和财产损失，并严重威胁到生产安全。因此，在采矿区进行水文地质研究和准确预测采矿区的水量，以及在采矿区建立合理的排水方案，是确保采矿安全的必要先决条件。以尖磷为例，本文采用水文类比和大井方法，在确定研究区基本水文地质和大量钻井观测的基础上，预测不同情景下采矿区的水位上升情况，以此作为设计和防止井筒排水的基础。

1磷矿的主要类型

1.1工业类型

磷矿石由磷矿物组成，其中的主要矿物为磷灰石，主要化学成分是磷酸钙，按附加阴离子的不同，磷灰石有氟磷灰石、氯磷灰石、羟基磷灰石、碳磷灰石、碳氟磷灰石5种。从工业利用的角度对磷矿石进行矿石类型划分，磷矿石的可选性和加工利用性与矿石矿物及脉石矿物的种类及数量有关，矿石矿物是划分主类的依据，脉石矿物是划分亚类的依据。根据矿石中磷矿物的结构特点，磷矿石类型目前可分为两大类：以隐晶质、显微晶质磷灰石为主的磷块岩型矿石和以显晶质磷灰石为主的磷灰岩和磷灰石型矿石。磷矿的主要脉石矿物包括硅质矿物、硅酸盐类矿物。根据脉石矿物中碳酸盐类物的含量以及选矿加工技术特征，可进一步将磷矿石划分为硅质及硅酸盐型（碳酸盐含量<30%）、混合型（碳酸盐含量介于30%~70%）和碳酸盐型（碳酸盐含量>70%）3个亚类。

1.2成因类型

结合其研究成果对磷矿床进行了系统总结，划分为原生磷矿床和次生型磷矿床两大类型，又进一步细分出7个亚类。其中原生型磷矿床包括：内生岩浆岩型磷矿床、外生浅海沉积型磷矿床、生物沉积磷矿床和沉积变质型磷灰石矿床4个亚类；次生型磷矿床包括：风化-再沉积磷矿床、风化淋滤残积磷矿床和洞穴堆积磷矿床3个亚类。《矿产资源工业要求手册》（2010版）也对磷矿床进行了分类，根据成矿作用的不同分为：①生物化学沉积磷块岩矿床（含磷层位主要是寒武系下统）；②风化淋滤残积型磷块岩矿床；③沉积变质型磷灰岩矿床；④变质交代型磷灰岩矿床；⑤碱性、基性、超基性岩内生型磷灰石矿床；⑥偏碱性超基性岩内生磷灰石矿床共6种类型。

2磷矿排水开采研究

2.1矿床充水因素分析

(1)充水水源。地表径流主要在雨季由大气降水补给；旱季的其他降雨形式非常有限，如果被蒸发吸收，几乎不可能产生有效的地表径流。因此，下面的地表径流部分仅评估雨季的浓度，而不考虑旱季。地下水流的一部分，主要是顶板的矿物(物理)层流动和含水层流动的补给，其次是含水层的静态储存和底板含水层通过部分允许的天窗的排流量非常有限(估计数中没有考虑到)。(2)注水方式。雨季大气降水形成的地表径流的一部分，直接充满水。地下水流是通过地下水流动形成的，充水的方法也是直接充水。

2.2开采研究

矿体位于当地侵蚀基准面以上，研究区地势相对高差大，地形有利自然排水，深部含水层对矿层直接充水，地表水体和含水层之间存在一定水力联系。由碳酸盐岩构成的含水层及断裂带富水性较强。大气降水、地表水为地下水补给源，研究区水文地质条件属中等类型的碳酸盐岩裂岩溶充水矿床。以往勘查阶段没有进行过抽水试验，研究区属岩溶充水水文地质条件中等复杂程度，采用经验公式计算矿井涌水量。计算的结果属于E级预测的矿坑涌水量，误差大体在80%以内，即可信度只有0.2，难以满足设计的要求；另外由于岩溶地下水具有不均匀的特点，考虑本区地下水径流模数高达5.2L/s·m，泉水流量达到140L/s，报告计算的矿井涌水量可能偏小。因此，预测的矿坑涌水量可靠性差，未来矿山开采前应补做必要的水文地质工作。研究区未进行水文地质钻孔试验，研究区地下水天然径流量的计算，其参数的选择依区域水文报告资料，计算结果的可靠程度较差，给出的数值为研究区主要含水层分布范围内的地下水天然径流量。因研究区范围特大，矿坑涌水量计算给出的数值是以坑道长度1000m、并按1400m开采水平标高预测的涌水量，即预测的矿坑涌水量是研究区地下水径流量中的一部分水量。因矿床充水主要来源于大气降水和地表水的补给，所以给出的矿坑正常涌水量在丰水年雨季可能偏小。研究区首采矿段为大岩洞矿段，1611m标以上基本无水，1500m标高以上含水较弱。本区以水平坑道开采为主，地形有利于上部中段的自然排水，日后随着开采中段向下延深，可根据中段的实际涌水量，布设水仓及选择排水设备。

3磷矿充填开采研究

3.1岩溶的分布特点

岩溶区域广泛分布于世界各地。欧洲的阿尔卑斯山地区、法国东南部阿尔卑斯—罗纳地区、亚洲的越南山区及澳大利亚南部地区都是比较典型的岩溶地质区域，总面积约占全球的十分之一。不同的地域环境、气候环境都有相应的岩溶地质特征。岩溶地貌区域内存在大量的可溶性岩石。我国的岩溶地质区域分布相对较广，主要集中在西南地区的贵州、云南和广西等地，地质形态复杂，所产生的类型也多;据相关统计，岩溶地质区域总体面积约占全国领土总面积的三分之一，构成了独特的岩溶地质地貌特征。

3.2数字技术在岩溶地貌井下充填采矿中的应用

目前，企业对于井下矿产开采实施的有效监控为后期矿产开采奠定了坚实的基础。如:现有磷矿安全物联网监控系统井下传感网络，设计矿井下移动设备、人员及矿山灾害的分布式监测均采用无线网络，包括无线语音、无线数据、无线视频等信息的传输;功能包括设备工况监测监控、灾害环境信息监测、人员定位、机车管理、语音通信以及工业电视等;形成一个完整的无线感知平台。同时，井下传感网络的数据信息传入服务器还能与井上管理分支进行信息共享，进而完成对整个系统中信息的处理及应用。这些技术的应用加强了信息的效沟通，保证了开采过程的顺利和安全。

4开采不安全因素的解决措施

磷矿开采作业可能造成的事故都会造成不同程度的后果，所以针对不同的风险因素应采取相应的解决措施:①对露天边坡角过大的地段进行处理，加固不稳定地段;②定期对井巷进行检查，对不稳定、存在隐患的地段及时维护;③保证巷道内的照明度，对必要部位设置警示标志;④控制车速，禁止超速，严格遵守交通信号灯，人员持证上岗;⑤爆破人员必须持证上岗，放炮前设置好爆破警戒，爆破后及时通风，直到把烟雾排尽，当发现盲炮时及时报告并处理;⑥炸药、起爆材料要专箱专存，并由专人看管;⑦各井巷断面尺寸按设计要求施工，未经允许禁止随意修改，不得出现欠挖、超挖情况，按要求支护，严禁降低支护标准。

结束语

从生产过程来看，磷矿岩溶地质环境中实施井下充填采矿前，应综合分析磷矿岩溶组成类别及特点，围岩的不稳定性因素(例如地下水的防渗工作，围岩易发生破坏区域的预判等)，并对磷矿岩溶内部可溶性岩石的占比进行试验分析。对于不同的岩溶地质特征，要通过试验对该区域矿洞的开挖进行准确合理的选择。在此基础上新型数控技术在作业中的应用和管以及对采矿设备的技术更新可以更大限度地提高井下充填采矿的工作效率，保证井下充填开采的全性。

参考文献

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