水力压裂采矿引起地面涌水的成因分析

• 作 者: 王珂
• 机 构: 中国地质大学(武汉)
• 出 处: 中国地质大学(武汉)
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 地面涌水 水力压裂 水化学模拟 压力动态变化 碱矿开采 碳酸盐

河南省南阳市桐柏县安棚乡蕴藏丰富的碱、芒硝、石油等矿产资源，安棚碱矿是目前世界上已发现的埋藏最深的古代天然碱矿藏，其地质条件复杂，开采难度较大。近年来，由于对矿产资源大规模地开采，出现了一系列的环境地质问题，如地面涌水。安棚乡曹庄地区于2008年11月出现地面涌水现象，涌水问题一直持续至今。本文依托“桐柏县新集乡曹庄及邻近区域地面涌水原因分析及治理”项目，从地质条件、水化学特征，生产井工艺等方面对曹庄地区地面涌水原因进行了综合的分析。　　
在地质条件方面，主要了解了地层与地质构造，通过分析受不同构造控制下的裂缝的作用判断对地面涌水产生的影响。矿区距东部和南部断裂带较近，裂隙等次生构造发育，顶板破碎稳定性差，开采溶腔易垮塌，造成溶腔内矿溶水漏失，沿断层、废弃矿井等导水通道涌出地表。　　
在水化学方面，通过分析水化学时空变化特征，得出研究区水化学特征异常的原因；并且进行水文地球化学模拟，得出了芒硝矿不可能单一对地面涌水产生作用，碱矿开采井是造成曹庄地区地面涌水的重要因素这样的结论。　　
在生产井工艺方面，可知研究区矿井生产主要使用水力压裂开采法，采取压裂建槽，致使岩层裂隙等较发育；研究区地层复杂，矿层埋藏深，对矿井的钻井工艺要求非常高，若注采井固井质量、废弃井封孔质量等不能满足技术要求时，易发生开采漏失，使高压溶腔水通过矿井与浅层地下水发生水力联系。由于当地碱矿开采深度远大于芒硝矿的开采深度，因此碱矿矿井均采用了较大的注水压力。通过分析可知，碱矿矿井对研究区内地面涌水起到了主要的推动作用。　　
在综合各方面的分析可知，当地碱矿开采是造成研究区内地面涌水的重要因素。但是，碱矿生产井数目较多，还不能准确确定起最主要作用的矿井是哪一个或者是哪几个，因此，找出主要作用的矿井是将来工作的重点，提出相应的防治措施以避免涌水现象的进一步恶化。