鄂東水患危害嚴(yán)重的巖溶礦山防治水對(duì)策探討

■羅高英

（中國(guó)冶金地質(zhì)總局中南地質(zhì)勘查院 湖北武漢 430081）

鄂東水患危害嚴(yán)重的巖溶礦山防治水對(duì)策探討

■羅高英

（中國(guó)冶金地質(zhì)總局中南地質(zhì)勘查院 湖北武漢 430081）

文章以鄂東水患嚴(yán)重的巖溶礦山特點(diǎn)、礦山地下水防治原則為切入點(diǎn)，從礦區(qū)地面防水、礦床疏干排水、預(yù)留礦（巖）防水隔水層、礦山帷幕注漿、井下防排水等方面探討了礦山防治水對(duì)策。

巖溶大氣降水地表水地下水含水層疏干排水帷幕注漿

鄂東水患危害嚴(yán)重的巖溶礦山主要有：雞籠山金礦、雞冠嘴金礦、大紅山銅礦、銅綠山銅鐵礦、鯉泥湖銅礦、石頭嘴金礦、大廣山鐵礦、大志山銅礦、趙家灣銅礦、良薦橋鉬礦等礦山。雨季，強(qiáng)暴雨天氣，雨量大、歷時(shí)長(zhǎng)，這些巖溶礦山遭受地表水倒灌，礦井突水引發(fā)淹井事故及礦山大面積巖溶塌陷，既給礦山造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，又破壞了礦山生態(tài)地質(zhì)環(huán)境。因此，對(duì)這些水患嚴(yán)重的巖溶礦山防治水對(duì)策進(jìn)行探討，對(duì)保護(hù)礦山生態(tài)地質(zhì)環(huán)境具有重大意義。

1 鄂東水患嚴(yán)重的巖溶礦山水文地質(zhì)特征

礦區(qū)位于湖盆、地勢(shì)低洼平原區(qū)，地貌類(lèi)型復(fù)雜，不利于自然排水，地表水系發(fā)育，主要礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，地表水與地下水聯(lián)系密切。

主要充水含水層為碳酸鹽裂隙巖溶含水巖組，巖溶發(fā)育，富水性強(qiáng)，地下水補(bǔ)給條件好，礦坑深部并具較高水壓，構(gòu)造破碎帶發(fā)育，導(dǎo)水性強(qiáng)且溝通區(qū)域強(qiáng)含水層或地表水體。

主要充水含水層由四周或側(cè)向補(bǔ)給，為強(qiáng)透水邊界（強(qiáng)含水層、富水?dāng)鄬踊虻乇硭?。開(kāi)采條件下，區(qū)域地下水或地表水可通過(guò)邊界大量流入礦井，供水邊界分布范圍大，礦坑涌水量大。水文地質(zhì)邊界復(fù)雜。

礦體頂板充水含水巖層強(qiáng)巖溶化的碳酸鹽巖，呈隱伏巖溶類(lèi)型為主，分布面積較大，一般礦坑涌水量大，地下水疏干排水產(chǎn)生地面塌陷、沉降開(kāi)裂，產(chǎn)生地表水倒灌和地面建筑物倒塌變形，危害程度大。

礦體頂板巖土體軟弱，以松散巖，強(qiáng)風(fēng)化巖土體組成。采用崩落法采礦，采空區(qū)面積大，礦坑疏排水和空區(qū)冒頂形成地面塌陷、沉降、開(kāi)裂導(dǎo)致地面建筑物嚴(yán)重開(kāi)裂變形。在塌陷區(qū)地表水沿塌坑倒灌，導(dǎo)致礦坑突水淹井。

2 礦山地下水防治對(duì)策

礦山地下水的防治應(yīng)遵循先簡(jiǎn)單、后復(fù)雜，先地面、后井下、層層設(shè)防的原則。對(duì)于各種可能涌入礦坑的地表水，應(yīng)采取地面防水措施；為減少礦坑內(nèi)的涌水量及防止突水淹井，應(yīng)采取井下防水及探水措施；對(duì)于多數(shù)礦床，一般采用疏干為主的防治水方案，并盡量在淺部將地下水?dāng)r截；在水文地質(zhì)條件適宜、經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件合理時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采取帷幕注漿方案；在恢復(fù)被淹礦井、處理井下涌水點(diǎn)、封堵局部進(jìn)水通道時(shí)，可以采用局部注漿堵水措施；為經(jīng)濟(jì)有效地排除地下水，應(yīng)設(shè)計(jì)適宜的排水系統(tǒng)；為防止環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題發(fā)生，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)環(huán)境治理。不同的防治水對(duì)策適用于不同的條件，下面分別予以敘述：

2.1 礦區(qū)地面防水

礦井地面防水主要包括地表水體與降水滲漏的防止、抗洪防汛、巖溶管道流的圍截與疏導(dǎo)、滑坡泥石流的防治等。

（1）地表水體及降水滲漏的防止。礦井水的主要來(lái)源是地表水和大氣降水的滲漏，可通過(guò)對(duì)河溪的滲漏段進(jìn)行鋪底防滲，對(duì)巖溶塌陷洞進(jìn)行回填打蓋加固，對(duì)漏水山塘水庫(kù)進(jìn)行修補(bǔ)以及修挖排水溝，在露采坑周邊開(kāi)挖截水溝等，使礦井涌水量顯著減少。如大廣山鐵礦流經(jīng)礦區(qū)的柯家溝河由于河床塌陷引起河水下灌，導(dǎo)致井下涌水量大增，礦方采取對(duì)柯家溝河改道取直，并用混凝土對(duì)河床鋪設(shè)墊層、回填塌洞，河水及降雨滲漏明顯減少。

（2）抗洪防汛。井口和工業(yè)廣場(chǎng)的位置必須高于當(dāng)?shù)刈罡吆樗唬婚_(kāi)采塌陷難于堵漏的地段，要留設(shè)礦柱，暫緩開(kāi)采，待礦井開(kāi)采后期處理；一切地面建筑要避開(kāi)山洪可能襲擊的地點(diǎn)。當(dāng)?shù)貏?shì)低平，無(wú)法滿(mǎn)足這些要求時(shí)，必須砌筑加高井口，修建抗洪堤壩或圍墻，興建導(dǎo)洪、泄洪及防漏溝渠。同時(shí)，制定抗洪搶險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案。如三鑫公司、銅綠山礦在大冶湖圍墾區(qū)內(nèi)，地勢(shì)較低，就在礦區(qū)修建了防洪堤壩，在堤內(nèi)設(shè)排澇泵站、加高加固井口等措施起到了很好的防洪作用。

（3）巖溶管道流的圍截與疏導(dǎo)。一些低山丘陵的干溶道，平時(shí)無(wú)水，往往暴雨后突然來(lái)水并沖出河砂，淤塞巷道，可通過(guò)查明巖溶管道系統(tǒng)及與之相連的溶蝕洼地，加強(qiáng)地面防水，截堵匯入洼地的山洪，依據(jù)地形挖多級(jí)重疊式防洪溝疏導(dǎo)泄水。

對(duì)于大水礦床，一般采取地面綜合防水系統(tǒng)，如凡口礦采用排洪溝、河流改道、河床防滲、塌陷區(qū)回填、注漿等綜合地面防水措施；銅綠山銅鐵礦采用防水堤壩、人工防滲河床、人工引水管道、塌陷回填等措施。

2.2 礦床疏干排水

無(wú)論是露天開(kāi)采還是井下開(kāi)采的礦山，為了防止地下水及流砂突然涌出而造成危害，都應(yīng)采取疏干、截流或降壓的技術(shù)措施。國(guó)內(nèi)外常用的疏干方法主要有：地表疏干的深井降水孔、吸水孔、水平放水孔及明溝等，地下疏干的巷道疏干、叢狀放水孔、直通式放水孔及降壓孔等。礦山的疏干方案通常是根據(jù)其具體水文地質(zhì)條件及經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件來(lái)選定的，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件復(fù)雜的礦床，為了能正常生產(chǎn)，保證井巷工程掘進(jìn)安全和露天邊坡穩(wěn)定，防止地下水或流砂潰入，必須預(yù)先降低地下水位或水壓。而對(duì)于礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦床，在大多數(shù)情況下，礦山的開(kāi)拓和開(kāi)采均可直接在礦井或露采坑礦場(chǎng)排水設(shè)施的保護(hù)下進(jìn)行，無(wú)需進(jìn)行構(gòu)建專(zhuān)門(mén)的疏干工程。

對(duì)于水文地質(zhì)條件復(fù)雜的地下礦山，通常采用聯(lián)合疏干或地下疏干法，且逐漸向單一的地下疏干過(guò)渡。如新橋硫鐵礦、凡口鉛鋅礦等采用聯(lián)合疏干或地下疏干法，保證了采礦工程的順利進(jìn)行。

疏干排水是目前金屬礦山應(yīng)用最廣泛的一種防治水技術(shù)，適用于礦體本身或頂板（或底板）是含水層，且滲透性好的礦床。

2.3 預(yù)留礦、巖防水隔水層

預(yù)留礦、巖防水隔水層是利用礦體和含水層之間的隔水層（相對(duì)隔水層）或局部留設(shè)防水礦柱，將大量礦床地下水堵截在采場(chǎng)之外，盡量減少礦山排水的方法。這種方法適用于礦床主要充水巖層涌水量大，擬采礦體與含水層之間存在隔水層或相對(duì)隔水層。

其優(yōu)點(diǎn)是礦山投入的防治水工程量較小，治水費(fèi)用低，礦山排出水量大為減少，可保護(hù)地質(zhì)環(huán)境，從而降低采礦成本，提高經(jīng)濟(jì)效益；缺點(diǎn)是隔水礦體不能回收，礦體損失率高，上部的開(kāi)拓巷道及采空區(qū)充水后成為老窿水，形成“水帽”，一旦深部開(kāi)采過(guò)程中揭露導(dǎo)水性好的巖溶通道，或開(kāi)采空區(qū)移動(dòng)冒落，則老窿水可通過(guò)巖溶通道或冒落帶倒灌進(jìn)入礦坑，存在突水淹井的風(fēng)險(xiǎn)；此外礦坑水文地質(zhì)勘探程度要求高，生產(chǎn)管理復(fù)雜，日常水文地質(zhì)工作量增大。因此，采取該種防水方法，預(yù)先應(yīng)進(jìn)行可行性、安全性論證和評(píng)估。

2.4 礦山帷幕注漿

礦山帷幕注漿主要形式有礦區(qū)地面帷幕注漿及井下頂板帷幕注漿，它是在礦區(qū)主要進(jìn)水地段利用鉆孔注漿，在地下形成一條大致垂直地下水逕流方向的人工隔水墻，攔截一半以上的地下水補(bǔ)給量，幕內(nèi)輔以疏干，在帷幕的保護(hù)下進(jìn)行采礦的一種方法。適用于礦床主要充水巖層涌水量大，進(jìn)水通道相對(duì)狹窄，如采取以疏為主的方法，易引起地面環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。

各國(guó)在普遍采用注漿法對(duì)井下地層進(jìn)行堵漏、加固的同時(shí)，已越來(lái)越重視大型帷幕注漿截流在礦區(qū)的應(yīng)用，它在保護(hù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境、提高礦山經(jīng)濟(jì)效益方面已顯示出優(yōu)越性。如我國(guó)先后在水口山鉛鋅礦、張馬屯鐵礦、凡口鉛鋅礦等礦山采用了帷幕注漿，既保證了這類(lèi)大水礦山的安全開(kāi)采，又保護(hù)了礦區(qū)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境。

鄂東一些大水礦山先后采取了帷幕注漿的堵水方法，如大紅山銅礦、陽(yáng)新縣良薦橋新武鉬礦等礦山采取了帷幕注漿，實(shí)施帷幕后，截流效果顯著，降低了礦坑排水費(fèi)用，控制或減輕了地面塌陷。

鄂東巖溶礦山，大理巖裸露的礦山巖溶發(fā)育深度一般較淺，而隱伏灰?guī)r則發(fā)育較深，與地形關(guān)系密切，礦區(qū)大理巖的巖溶發(fā)育帶一般在-200m左右。其中巖溶強(qiáng)發(fā)育段的下限，屬基巖裸露區(qū)多在0m標(biāo)高稍下，屬隱伏巖溶區(qū)則在-60m標(biāo)高左右或以下。以目前的施工能力，在此深度范圍內(nèi)進(jìn)行帷幕注漿是可以實(shí)施的。從一些水患突出礦山已有水文地質(zhì)資料分析，多數(shù)礦床位于直線(xiàn)隔水邊界或半島狀三面隔水邊界條件，地下水流入礦坑的進(jìn)水地段相對(duì)狹窄，實(shí)施帷幕截流可行性很高。

帷幕灌漿截流堵水，是防治地下水的最佳措施。根據(jù)已有成功經(jīng)驗(yàn)及條件類(lèi)似性，建議水患嚴(yán)重礦山優(yōu)先采取地面帷幕注漿，以根本治理水害問(wèn)題，如鯉泥湖銅礦、大志山銅礦、大廣山鐵礦等。

2.5 井下防排水

2.5.1 探放水

堅(jiān)持“有疑必探，先探后采”，這是井下防水最重要的手段。接近被水淹的井巷、采空區(qū)、老窿，接近含水層、導(dǎo)水?dāng)鄬?、含水裂隙密集帶、喀斯特溶洞，打開(kāi)隔離礦柱放水前，接近有水或稀泥的灌漿區(qū)、可能突泥突砂區(qū)，接近可能突水的鉆孔，采動(dòng)影響范圍內(nèi)有承壓含水層或水體，礦體與含水層間隔水巖柱厚度不清有突水可能以及采掘工作面有出水征兆時(shí)，都必須安鉆探水，以查明情況，掩護(hù)采掘作業(yè)，直至最終放出威脅水體或排除疑點(diǎn)。所有這類(lèi)探水，應(yīng)以鉆探為主、物探為輔，用物探配合確定鉆探的重點(diǎn)和方向。

2.5.2 大水礦井的隔離開(kāi)采

水文地質(zhì)條件復(fù)雜的大水礦井，由于水害威脅不能絕對(duì)排除，應(yīng)實(shí)行一定范圍甚至全礦井的分區(qū)隔離開(kāi)采，使威脅水源（體）或?yàn)?zāi)害得到控制，縮小波及范圍，是井下防水的重要方法。

2.5.3 防水閘門(mén)（墻）的設(shè)置

這是井下防治水重要而常用的工程手段。防水閘門(mén)（墻）的設(shè)計(jì)、施工，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行GB 50915-2013《有色金屬礦山井巷工程設(shè)計(jì)規(guī)范》及GB50653-2011《有色金屬礦山井巷工程施工規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，防止積水后被突然臌破。

2.5.4 各類(lèi)防水礦（巖）柱的合理留設(shè)

留設(shè)防水礦（巖）柱必須遵循安全、有效、少丟礦的原則。合理留設(shè)防水礦（巖）柱，既可用以保護(hù)防水閘門(mén)（墻）免受開(kāi)采破壞，又可與防水閘門(mén)（墻）連結(jié)成一個(gè)完整的隔離帶。

2.5.5 礦井排水

多事故大水礦井在加強(qiáng)防治水工作的同時(shí)，必須按GB16423-2006《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》規(guī)定的抗災(zāi)搶險(xiǎn)的排水能力建立相應(yīng)的防水系統(tǒng)。

①水倉(cāng)：水倉(cāng)容量要符合GB16423-2006《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》的規(guī)定，保證能在一定的時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)一定的涌水量，以便能有緩沖時(shí)間來(lái)排除排水系統(tǒng)的一些偶然停運(yùn)故障。

②泵房：按設(shè)計(jì)要求安裝足夠臺(tái)數(shù)的水泵及相應(yīng)的配電盤(pán)和開(kāi)關(guān)。

③排水管道：其管徑要與水泵能力相匹配，其趟數(shù)要與總設(shè)計(jì)排水能力相匹配，其壁厚要與相應(yīng)的揚(yáng)程相適應(yīng)，這些應(yīng)由設(shè)計(jì)部門(mén)選型。礦山管理人員需要掌握不同直徑管路的通水能力。

④水泵：水泵的選型要依據(jù)揚(yáng)程、排量和匹配的管徑以及電動(dòng)機(jī)類(lèi)型、電壓等綜合分析確定。其臺(tái)數(shù)與排水能力必須符合GB16423-2006《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》有關(guān)規(guī)定。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐和防治水的需要，一個(gè)泵房最合理的水泵選型應(yīng)該是：潛水泵和臥泵配套使用，經(jīng)常涌水量部分一般由臥泵排除，潛水泵主要用于排大水或搶險(xiǎn)抗災(zāi)使用。

⑤供電系統(tǒng)：供電系統(tǒng)要與水泵供電負(fù)荷相匹配，并保證雙電源雙回路供電，以便一路電源發(fā)生故障時(shí)，另一路電源能立即供電，保障排水系統(tǒng)的不間斷正常工作。

3 結(jié)論

鄂東水患危害嚴(yán)重的礦山，單一充水水源或單一充水通道的礦床是少見(jiàn)的。礦坑涌水大多是以某種水源為主，接受多種水源的補(bǔ)給，因此必須區(qū)分出主要水源和次要水源，同時(shí)還要研究采前水源和采后水源，為礦井防治水害提供有效資料。

礦山防治水應(yīng)認(rèn)真貫徹“防、排、堵、截并舉，以防為主”的方針。因此，應(yīng)根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件，合理布設(shè)治水工程、地表防滲工程；井巷堅(jiān)持探放水工作、分區(qū)疏水降壓、合理限壓疏水或帶壓開(kāi)采試驗(yàn)；合理布置開(kāi)采巷道、留設(shè)保安礦（巖）柱；井下開(kāi)采宜采用充填法采礦，消除大面積空區(qū)產(chǎn)生的安全隱患?？傊?，礦山防治水應(yīng)走綜合防治的道路，在經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件適宜時(shí)，盡可能采用控制疏干或帷幕注漿截流措施，減少礦坑涌水量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

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P2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-11-337-2