某礦區(qū)疏干降水方案探討

梁龍豹

(河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450046)

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某礦區(qū)疏干降水方案探討

梁龍豹

(河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450046)

[摘要]某礦區(qū)位于中低山區(qū)，井巷施工中四個區(qū)段出現(xiàn)涌水，最大涌水點涌水量80 m3/h。分析礦區(qū)涌水的主要原因是：地形上南北高，中間低，易于降水匯集入滲；礦區(qū)分布著大量的碳酸鹽巖層，溶蝕發(fā)育，地下水儲存空間大；NWW、NNE兩組斷裂交錯，既增加了地下水儲存空間，又是相互間產(chǎn)生聯(lián)系；故地下水儲量豐富(全礦區(qū)井巷涌水量預(yù)計22 050 m3/d)。降水方案設(shè)計采用井點降水和平巷降水兩種，其中井點降水方案又分：井巷外、井巷內(nèi)、井巷內(nèi)外結(jié)合三種。比較幾種降水方案的優(yōu)劣，以井巷內(nèi)、外結(jié)合井點降水方案為最佳。

[關(guān)鍵詞]井巷涌水；含水巖組；降水方案；優(yōu)劣對比

1礦區(qū)概況

某礦區(qū)位于××縣木桐鄉(xiāng)夜長坪村，礦區(qū)所處地貌單元為中低山，地形上南北兩側(cè)為山體，中部為近東西向溝谷，溝谷地勢西高東低，最高標(biāo)高為1 250 m，最低標(biāo)高為1 155 m。

礦區(qū)分布范圍近東西向，面積約0.522 km2(東西長900 m，南北寬580 m)。礦區(qū)開采形式為井巷開采，坑道集中分布地段面積0.629 km2(東西長925 m，南北寬680 m)；設(shè)計四個中段標(biāo)高分別為1 040 m、1 020 m、970 m、910 m。礦體賦礦標(biāo)高400～1 100 m。

礦區(qū)附近無大的地表水體，但本區(qū)山體陡峭、地形切割劇烈，降水匯集迅速，排泄流暢，雨后1～2天內(nèi)溝谷水流枯竭，如遇暴雨，易形成災(zāi)害。距礦區(qū)約4 km的洛河水位標(biāo)高647 m，為當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面。

目前礦區(qū)采礦巷道正在開挖970 m中段，在豎井及巷道掘進過程中均遇到了涌水量較大的地下水，需作疏干降水處理。

2礦區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

2.1地層巖性

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為：中元古界薊縣系官道口群龍家園組( Pt21 ) 、巡檢司組白云巖( Pt2x) 和少量第四系( Q) 松散層。

龍家園組出露廣泛，主要分布于礦區(qū)及其北部和東部。該組地層可分上中下三段，區(qū)內(nèi)主要為中段上部和上段地層，巖性為灰、灰白、深灰色厚層狀、中厚層狀或薄層狀硅質(zhì)條帶白云巖，含疊層石，上段硅質(zhì)條帶韻律明顯。該組地層厚度約559m，為區(qū)內(nèi)主要含礦地層。

巡檢司組分布于礦區(qū)南部，按巖性差異分為三段，自下而上依次為綠色、褐色泥質(zhì)白云巖，灰白色中厚層狀硅質(zhì)團塊白云巖，灰白色中厚層狀硅質(zhì)條帶白云巖。該組與下伏龍家園組呈整合接觸關(guān)系。該組地層內(nèi)目前未見礦體。

第四系主要為坡積、殘積、沖積的黃土、亞粘土及河床砂礫石等，沿西溝腦--西溝--留溝口和夜長坪--西溝兩條大溝分布。

2.2地質(zhì)構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造為馬超營斷裂西延部分，以NWW向的斷裂為主，NNE向斷裂次之。

NWW向斷裂帶共有7條，自北向南依次展布，其中最北部的兩條斷裂規(guī)模較??；其余斷裂規(guī)模較大，有的甚至延伸幾十公里。本組斷裂走向280°～290°，斷層面北傾，傾角65°～85°，斷層帶寬5～20 m，具有多次活動特征。

NNE向斷裂自西向東依次為：西溝腦斷裂、夜長坪斷裂和東溝斷裂，3條斷裂帶延伸都在幾公里以上，寬1～5 m，走向20°～30°，傾向北西，傾角80°左右，具明顯多期活動特征。

2.3含水巖組分布及特征

礦區(qū)含水巖組由第四系松散巖類孔隙水含水巖組、巖溶裂隙水含水巖組及構(gòu)造破碎帶脈狀承壓水含水巖組組成。

2.3.1第四系松散巖類孔隙水含水巖組

分布于礦區(qū)各溝谷中，以沖洪積物為主。巖性為黃褐色粉質(zhì)粘土及碎石，上部粉質(zhì)粘土含量高，下部碎石含量高。絕大部分地段透水而不含水，對礦山開采影響不大。

2.3.2巖溶裂隙水含水巖組

礦區(qū)范圍內(nèi)及周邊普遍分布，含水巖性以中元古界薊縣系官道口群龍家園組白云巖為主。根據(jù)礦區(qū)以前有關(guān)資料顯示，地下水位埋深61.48～357.26 m，最低水位標(biāo)高為967.19 m。

該含水巖組在水平及垂直上變化均較大，根據(jù)巖芯破碎、風(fēng)化程度，溶隙和裂隙發(fā)育及鉆進過程中沖洗液的消耗量等情況分析，水平分布上無規(guī)律可尋、無法分區(qū)；垂向上0～380 m 白云巖受溶蝕、淋濾作用較強，水力活動頻繁，含水、透水性較好。380 m 以下溶隙發(fā)育漸弱，含水、透水性較差；局部受花崗斑巖及相對完整巖石隔水影響，表現(xiàn)為承壓水特征。

2.3.3構(gòu)造破碎帶脈狀承壓含水巖組

礦區(qū)范圍內(nèi)有一系列近平行展布的NNE向、NWW向斷裂，NNE 向斷裂自東向西大約以近200 m間距切割NWW向斷裂，使斷裂間的水力聯(lián)系得到增強，在斷裂交匯處更利于地下水的匯集，涌水量增大。

同時，構(gòu)造破碎帶脈狀承壓水含水巖組，受花崗斑巖局部隔水及復(fù)雜的多期構(gòu)造影響，在礦區(qū)范圍內(nèi)的導(dǎo)水、賦水性差異較大，個別鉆孔出現(xiàn)較大的涌水量。

受構(gòu)造影響，區(qū)內(nèi)構(gòu)造破碎帶脈狀承壓水與巖溶裂隙承壓水水力聯(lián)系密切。

2.4地下水補給徑流排泄條件

礦區(qū)地下水的補給受大氣降水制約，四季變化明顯，每年冬春兩季，降雨量稀少，泉涌水量銳減；夏秋兩季，降雨量多，泉涌水量增加。

地下水的徑流受地形制約，與地表水的流向基本一致，為北西--南東向；受礦區(qū)排水影響，礦區(qū)內(nèi)地下水水位向礦區(qū)中部(坑道分布地段)逐步降低，已形成地下水降落漏斗，在降落漏斗范圍內(nèi)，地下水由四周向漏斗中心徑流。

地下水的排泄在礦坑及附近地段主要是坑道排水；在遠離礦坑地段，主要是沿地下水流向向鄰區(qū)徑流排泄。

2.5地下水的動態(tài)及連通性

目前，礦區(qū)內(nèi)淺層地下水已基本疏干，深層地下水與降水直接發(fā)生水力聯(lián)系。地下水動態(tài)明顯受降水影響：雨季水位高、水量大，枯水季水位低、水量小。

根據(jù)現(xiàn)有水文地質(zhì)資料顯示，在礦區(qū)已有的28個鉆孔中均發(fā)現(xiàn)地下水，水位高程在967.19～1 182.51 m，說明整個礦區(qū)的地下水是相互連通的，水位高程之所以出現(xiàn)變化是由于礦區(qū)坑道排水、形成地下水降落漏斗造成的。

3坑道涌水原因分析及涌水量預(yù)測

3.1坑道涌水原因分析

目前已探明的礦區(qū)坑道主要涌水區(qū)域有以下四處：

3.1.1斜坡道涌水區(qū)

共由4處涌水點。斜坡道第一岀水點，標(biāo)高1 018 m，目前已經(jīng)干涸；斜坡道第二岀水點，標(biāo)高990 m，涌水量目前約為5 m3/h；斜坡道二號碹岔出水點，位于二號碹岔前22 m處，標(biāo)高為977 m，涌水量為58 m3/h；斜坡道三號碹岔出水點，標(biāo)高為974 m，涌水量為26 m3/h。斜坡道涌水主要由NNE向斷裂、NWW向斷裂及其次一級構(gòu)造控制。

3.1.2廢石箕斗豎井涌水區(qū)

在豎井標(biāo)高848～798 m區(qū)段，涌水量為34 m3/h；標(biāo)高848～610 m區(qū)段，涌水量為65 m3/h；廢石箕斗豎井繞道，標(biāo)高972 m，涌水量為70 m3/h。廢石箕斗井涌水是由NNE向斷層及其次一級構(gòu)造控制。

3.1.36﹟措施斜井涌水區(qū)

涌水區(qū)段標(biāo)高967～959 m，涌水量約為80 m3/h。涌水是由NWW向斷層及其次一級構(gòu)造控制。

3.1.4礦石井聯(lián)絡(luò)道涌水區(qū)

涌水區(qū)段標(biāo)高972 m，涌水量為50 m3/h。主要由NNE向斷層、NWW向斷層及其次一級構(gòu)造控制。

綜合分析礦區(qū)的水文地質(zhì)條件及目前涌水區(qū)的情況，得出礦區(qū)坑道涌水的主要原因是：

(1)礦區(qū)地形南北高、中間，易于降水的匯集入滲；

(2)礦區(qū)廣泛分布的白云巖，在水力作用下易形成溶蝕裂隙，為地下水的儲存提供了空間；

(3)眾多斷裂構(gòu)造的存在，既增加了地下水的儲存空間，又將各儲水空間聯(lián)通在一起。

這些儲水空間在接受降水入滲后儲存了大量的地下水，巷道施工為地下水提供了釋放的出口，便吐涌而出。同時由于斷裂的聯(lián)通作用，雖然只是幾個區(qū)段的涌水，卻導(dǎo)致整個礦區(qū)的地下水水位下降，出現(xiàn)降落漏斗。

3.2坑道系統(tǒng)涌水量預(yù)測

根據(jù)礦區(qū)詳查報告中相關(guān)資料，礦區(qū)水文地質(zhì)條件、坑道系統(tǒng)的長期排水量動態(tài)觀測資料和鉆孔抽水試驗資料，采用水文地質(zhì)比擬預(yù)測法，對礦區(qū)坑道系統(tǒng)涌水量進行預(yù)測(見表1)。

表1　礦區(qū)坑道系統(tǒng)涌水量預(yù)測表

4降水方案設(shè)計

根據(jù)礦區(qū)開采方案，最深一級巷道標(biāo)高570 m，為保障井巷施工及礦體開采順利實施，設(shè)計降水方案最低處降水至標(biāo)高545 m，平均降水至標(biāo)高555～560 m，最高點處水位標(biāo)高565 m。依據(jù)含水巖組分布、埋藏情況和施工條件，降水采用井點和平巷兩種方法。

4.1井點降水

4.1.1井巷外井點降水

根據(jù)表1的相關(guān)參數(shù)，在礦區(qū)地表設(shè)計降水井12眼，井間距200～400 m，各井主要指標(biāo)見下表2。

表2　井巷外降水井主要指標(biāo)統(tǒng)計表(方案1)

4.1.2井巷內(nèi)井點降水

由于井巷內(nèi)施工條件限制，排水井施工深度不宜過大，設(shè)計分兩級降水：一級在970 m巷道內(nèi)實施，設(shè)計降水井12個，單井深300 m(見表3)；二級在730巷道內(nèi)實施，設(shè)計降水井12個，單井深300 m。如果要使礦區(qū)地下水疏干至570以下，可適當(dāng)調(diào)整施工巷道高程和增加降水井深度。

表3　井巷內(nèi)降水井主要指標(biāo)統(tǒng)計表

4.1.3井巷外、井巷內(nèi)結(jié)合井點降水

為節(jié)約成本、降低施工難度，采用井巷外、井巷內(nèi)結(jié)合井點降水，即：井巷外降水井降水至730 m，730 m以下采用井巷內(nèi)降水井，降水至570以下。其中井巷外降水井設(shè)計見表4，井巷內(nèi)降水井設(shè)計基本同表3。

表4　井巷外降水井主要指標(biāo)統(tǒng)計表(方案3)

4.2平巷降水

設(shè)計排水平巷四條，分布呈“王”字形，位置低于采礦巷道；集水井兩眼，直徑5 m，深765～785 m。各平巷設(shè)計指標(biāo)見下表5。

表5　平巷降水設(shè)計指標(biāo)表

5各降水方案的優(yōu)劣分析

針對以上幾種降水方案，從施工難易程度、施工周期、施工成本及運行成本幾個方面做優(yōu)劣分析(見表6)。

表6　降水方案優(yōu)劣分析對比表

從以上對比可以發(fā)現(xiàn)，井巷內(nèi)、外結(jié)合井點降水方案最佳。

參考文獻

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[中圖分類號]TD74

[文獻標(biāo)識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)02-0036-03

[作者簡介]梁龍豹(1958-)，男，河南洛寧人，高級工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)勘察及評價工作。

[收稿日期]2015-11-16