黑牛洞銅礦開拓巷道涌水治理

王國(guó)呂

（四川里伍銅業(yè)股份有限公司， 四川 甘孜州 626201）

里伍公司新建黑牛洞銅礦1500t／d采選工程，其開拓巷道布置在標(biāo)高3000～3500m范圍內(nèi)，礦區(qū)內(nèi)地形屬深切割的構(gòu)造剝蝕中高山地形地貌，區(qū)內(nèi)地表水系較發(fā)育，礦區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件較復(fù)雜。雨季單個(gè)開拓巷道日涌水量為3624～4536m3，巷道內(nèi)涌水形成一層層“水簾”，對(duì)礦山基建巷道的掘進(jìn)、設(shè)備安裝運(yùn)行和作業(yè)人員工作環(huán)境造成了極大影響。

1 礦區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)情況

黑牛洞銅礦位于川藏高原的東緣，屬橫斷山系大雪山的南延部位，系侵蝕構(gòu)造地形。區(qū)內(nèi)水系屬雅礱江水系，主要含水巖組為風(fēng)化裂隙含水巖組和第四系殘坡積孔隙含水巖組。

（1）風(fēng)化裂隙含水巖組。風(fēng)化裂隙含水組巖性為黑灰色黑云絹云片巖、云母石英片巖夾灰色云母石英巖、云母長(zhǎng)石石英巖夾斜長(zhǎng)角閃巖、變粒巖。近地表厚0～80m巖段巖體風(fēng)化裂隙、卸荷裂隙、構(gòu)造裂隙較為發(fā)育，接受大氣降水補(bǔ)給豐富，為富水微弱的裂隙含水巖組［1］。

（2）第四系殘坡積孔隙含水巖組。礦區(qū)表體覆有一層厚0～43m殘坡積孔隙含水巖組，成份為粘土及碎石，碎石主要為風(fēng)化殘留的里伍群中巖帶（Pt2l2）黑灰色黑云絹云片巖、云母長(zhǎng)石石英巖巖塊。該層土體呈松散土狀，結(jié)構(gòu)疏松，厚度薄，富水性嚴(yán)格受大氣降水的控制。

2 巷道涌水來源與成因

區(qū)內(nèi)地勢(shì)陡峻，地形坡度一般為47°～63°，樹枝狀次級(jí)沖溝發(fā)育，為原始森林區(qū)，較為有利于攔蓄大氣降水。第四系殘坡積孔隙含水巖組在雨季由于接受大氣降水的補(bǔ)給，常處于飽和狀態(tài)，其中富含的水體在重力作用下，部分入滲補(bǔ)給下伏基巖，部分以面流或雨后“泉”的形式沿溝谷排泄。

風(fēng)化裂隙含水巖組巖體巖石顆粒細(xì)膩、結(jié)構(gòu)致密。近地表巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化裂隙、卸荷裂隙、構(gòu)造裂隙等Ⅳ、Ⅴ結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育。裂隙面凹凸不平，多數(shù)開啟，裂隙充填較少鐵質(zhì)及泥質(zhì)薄膜。在長(zhǎng)期風(fēng)化營(yíng)力的作用下裂隙相互貫通，形成地下裂隙網(wǎng)絡(luò)貯水空間，在雨季表體入滲補(bǔ)給下，為接納大氣降水提供了較為有利的儲(chǔ)藏空間。

在巷道掘進(jìn)過程中，人為開掘出的硐室空間破壞了巖組內(nèi)原有的貯水構(gòu)造，使裂隙網(wǎng)絡(luò)水在靜水壓力作用下沿裂隙節(jié)理面流動(dòng)，最終在裂隙與巷道巖壁接觸部位形成涌水現(xiàn)象。

礦區(qū)內(nèi)年最大降雨量為1534.5mm，雨季主要集中在6～9月，主要風(fēng)季（旱季）為1～4月。巷道內(nèi)涌水來源主要為大氣降水，且含水巖組富水性嚴(yán)格受大氣降水控制，巷道內(nèi)涌水量隨季節(jié)變化明顯，涌水量從11月開始遞減，在每年的4～5月基本不見涌水現(xiàn)象。

3 巷道涌水治理措施

黑牛洞銅礦正處基建時(shí)期，開拓巷道內(nèi)的涌水治理也隨井巷工程施工的不同階段采取相應(yīng)的措施。主要分為巷道掘進(jìn)和巷道成型后兩個(gè)時(shí)期的治理，巷道成型后又包含巷道壁出水位置引水和底板水溝排水兩個(gè)方面。

3.1 巷道掘進(jìn)施工超前導(dǎo)流法

開拓巷道設(shè)計(jì)為2.3m×2.767m三心拱形斷面，采用普通YT28型氣腿式鑿巖機(jī)鑿巖，鉆桿直徑35mm，長(zhǎng)度2.5m。因受作業(yè)面前進(jìn)方向巖層涌水影響，在完成鑿巖鉆孔后，巖組裂隙水在靜水壓力作用下向鉆孔內(nèi)流動(dòng)并形成一定的出水壓力，即使使用防水乳化炸藥裝填也一樣被水壓沖出孔口，致使鑿巖后裝藥難度加大。因巖層涌水路徑自由面多與巷道走向斜交，經(jīng)實(shí)踐，可在掘進(jìn)爆破“掌子面”周邊孔位使用5m長(zhǎng)度鉆桿超前鑿出3～5m左右深度的空孔，將涌水超前引導(dǎo)至空孔排出。此法適用于巷道掘進(jìn)時(shí)期對(duì)作業(yè)面涌水的治理，在實(shí)踐中空孔超前導(dǎo)流形成的水柱孔間隔［2］效應(yīng)還可提高巷道爆破成型與除塵效果。

3.2 巷道成型后涌水治理

因巖組含水裂隙網(wǎng)絡(luò)不規(guī)整，涌水自由面與巷道開掘自由面交匯位置存在一定隨機(jī)性，在巷道成型后涌水區(qū)段出水量與出水位置分散程度都沒有規(guī)律可尋。在治理過程中針對(duì)不同的涌水情況采取了相應(yīng)的措施。

3.2.1 擴(kuò)孔軟管導(dǎo)流法

針對(duì)涌水量大且出水部位集中的情況，可根據(jù)涌水量大小在出水部位沿裂隙自由面鑿出直徑50～100mm、深度100～150mm的導(dǎo)水孔，并用相應(yīng)孔徑大小的軟管插入其中將水導(dǎo)入墻底排水溝，軟管與出水巖壁結(jié)合處采用錨固劑進(jìn)行密封，軟管沿墻面布置并用管卡固定。

3.2.2 覆蓋引流封閉法

針對(duì)涌水量大且出水分散的情況，可采用8 mm厚度鐵皮對(duì)整個(gè)出水部位貼壁覆蓋，用直徑12 mm的螺母對(duì)鐵皮進(jìn)行錨固，鐵皮在巷道延伸方向上的兩端向上折出高度30mm左右的直角形成“U形水槽”，鐵皮與巷道壁接觸的兩端沿墻壁覆蓋至巷道底板，涌水可在自身重力作用下沿“U形水槽”內(nèi)面流至墻根處再進(jìn)入排水溝。

在形成鐵皮整體覆蓋后，可對(duì)此段進(jìn)行 M7.5砂漿噴射封閉處理，砂漿封閉厚度應(yīng)達(dá)到30mm以上。

3.2.3 封閉集中導(dǎo)流法

針對(duì)涌水量較小且出水位置分散的情況，因涌水水壓整體較小，可對(duì)涌水部位采用噴漿封堵［3］的方式處理。在原有出水裂隙被封閉的情況下，水體在靜水壓力作用下會(huì)沿著阻力較小的節(jié)理自由面滲透，整個(gè)分散出水段最終會(huì)集中在某個(gè)噴漿封閉薄弱面，自然形成一個(gè)出水口。這樣就將原本分散的涌水集中形成一個(gè)流量較大的單個(gè)出水口，再采用上文提到的“擴(kuò)孔軟管導(dǎo)流法”進(jìn)行后續(xù)處理。

巷道內(nèi)涌水存在一定靜水壓力，且涌水量大小隨季節(jié)變化明顯，為保證對(duì)涌水治理產(chǎn)生最佳封閉集中效果，噴漿作業(yè)選擇在風(fēng)季進(jìn)行。

3.3 巷道排水溝設(shè)計(jì)

因巷道內(nèi)涌水總量較大，出水位置無規(guī)律，在初步治理措施中已將巷道壁面的涌水沿邊墻引導(dǎo)至巷道地板。為使巷道內(nèi)涌水集中排流，在設(shè)計(jì)排水溝時(shí)考慮將水溝蓋板厚度計(jì)入排水溝開掘深度，在完成水溝蓋板鋪設(shè)后，蓋板表面與巷道底板處于同一平面或略微低于巷道底板（見圖1），水流可在勢(shì)能作用下沿蓋板預(yù)留槽自然流進(jìn)排水溝。

圖1 水溝的開挖砌筑

4 治理成果

通過對(duì)巷道掘進(jìn)時(shí)期工作面的涌水超前導(dǎo)流和對(duì)成巷后期幾種涌水方式的針對(duì)性處理，有效解決了掘進(jìn)時(shí)期“裝藥難”的問題，并使巷道原有的“趟水過河”現(xiàn)象得到了徹底改善，有效避免了后續(xù)安裝工程中可能出現(xiàn)的“泡碴”現(xiàn)象，改善了巷道內(nèi)機(jī)車運(yùn)行和作業(yè)人員通行的條件。

5 涌水利用［4］

黑牛洞礦山全礦生產(chǎn)用水是經(jīng)過3級(jí)加壓泵站取自雅礱江，提升高度1994m，輸水線路長(zhǎng)3620 m。含水裂隙充填較少鐵質(zhì)及泥質(zhì)薄膜，巷道內(nèi)涌水在經(jīng)過巖層與裂隙過濾后不含泥沙等雜質(zhì)，水質(zhì)清澈無明顯懸浮物。巷道內(nèi)涌水量雖受區(qū)域季節(jié)性影響明顯，但全年巷道內(nèi)涌水現(xiàn)象仍持續(xù)8個(gè)月左右，對(duì)涌水進(jìn)行集中導(dǎo)排的基礎(chǔ)上，在硐口附近地表位置修建高位水池，作為井下采礦作業(yè)和地表選礦工業(yè)場(chǎng)地生產(chǎn)備用水源。

6 結(jié) 語

對(duì)巷道涌水采取“導(dǎo)、聚、封、排”措施治理，有效解決了巷道涌水對(duì)礦山基建生產(chǎn)的影響，同時(shí)對(duì)涌水進(jìn)行后續(xù)利用規(guī)劃，可大大緩解礦山用水壓力，節(jié)約生產(chǎn)用水成本，將原本不利影響進(jìn)行轉(zhuǎn)化利用，為企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值。

［1］ 馬東方，等.黑牛洞—大水溝礦區(qū)銅礦勘探地質(zhì)報(bào)告［R］.成都：成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，2011：98－104.

［2］ 李存國(guó)，王 玲.馬蘭莊鐵礦間隔裝藥爆破應(yīng)用研究［J］.云南冶金，2007，36（2）：14－16.

［3］ 劉正國(guó).仙人橋礦巷道涌水治理技術(shù)［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2010（10）：13.

［4］ 邢艷允，陶月贊，劉佩貴.礦坑涌水可利用量研究［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（6）：794－798.