淺談巴基斯坦塔爾二區(qū)地下水及邊坡治理

尹育華

摘要：文章在對(duì)巴基斯坦塔爾煤礦水文和工程地質(zhì)條件進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)塔爾煤礦疏干排水量遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)水平，對(duì)露天礦邊幫安全形成構(gòu)成嚴(yán)重威脅等問題，提出了地下水治理和加強(qiáng)邊幫穩(wěn)定的思路和方向。

關(guān)鍵詞：塔爾礦區(qū);邊坡;承壓水;褐煤疏干排水

一、項(xiàng)目概述

塔爾煤田位于巴基斯坦國信德省東南部塔爾沙漠附近，是世界第七大煤田，煤田面積9000平方公里，儲(chǔ)量1750億噸，占巴國煤炭總儲(chǔ)量的95%?？刹擅簩铀膶樱穸绕骄?5米左右。發(fā)熱量在2700kcal/kg左右，是優(yōu)質(zhì)的動(dòng)力用煤。塔爾煤礦二區(qū)塊項(xiàng)目是中巴經(jīng)濟(jì)走廊框架下巴國首個(gè)大型露天煤礦項(xiàng)目，由信德省安格魯?shù)V業(yè)公司負(fù)責(zé)開采。

塔爾煤礦二區(qū)塊占地面積99.5km?，可采儲(chǔ)量13.44億噸[1，2]。距卡拉奇（Karaqi）約380km，距最近的城鎮(zhèn)—伊斯蘭姆考特（Lslamkot）鎮(zhèn)約25km。該區(qū)屬于干旱、半干旱的沙漠地貌，無地表水體，年均降雨量288.71mm。南部35km為卡奇沼澤，地下水局部出露地表。西部約100km有水庫引出的人工水渠。

項(xiàng)目一期工程包括年產(chǎn)380萬噸褐煤的露天礦和2X330MW的電廠，于2014年開工6月，目前已進(jìn)入生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)階段。二期配套的2X330MW電廠已經(jīng)開始建設(shè)。根據(jù)規(guī)劃，項(xiàng)目三期完工后，煤礦總產(chǎn)能將擴(kuò)大到2150萬噸/年。

二、工程和水文地質(zhì)特征

塔爾礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無斷層，產(chǎn)狀近水平，傾角小于2°。地層由上至下為：第四系沙丘（Q）;第三系上新統(tǒng)河湖相沖積物（N），第三系古新統(tǒng)Bara地層（E），是主含煤層;基底是以花崗巖為主的先寒武系雜巖。

第四系沙丘層（Q）平均厚度56m，主要由松散細(xì)砂組成，強(qiáng)度小。該層底部賦存表面潛水，含水層厚度1～5m，分布不連續(xù)，水量較少。上新統(tǒng)軟巖層（N）主要由細(xì)砂巖、中粗砂巖、粘土巖、粉砂巖、粘土質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)粘土巖等組成，因成巖年代短，巖層強(qiáng)度較小。底部砂巖層含水，厚度約6m，徑流補(bǔ)給量1500t/d，滲透性一般，富水性屬弱—中等。下部古近系Bara地層軟巖層（E）主要由泥巖、煤和砂巖組成，強(qiáng)度相對(duì)較大。其中煤層頂板和底板的泥巖形成了隔水性極好的隔水層。隔水層下部由中粒砂和粗砂組成，為一承壓含水層。該含水層厚度在30m～50m之間，全區(qū)分布，巖層滲透性較好，北部富水性強(qiáng)，南部富水性中等，地下水徑流方向由北東到南西，由礦區(qū)東北200km處沙丘露頭含水層補(bǔ)給，是該區(qū)域的主要含水層。

三、露天邊坡及疏干排水現(xiàn)狀

由于巖層以軟巖/沙丘為主，露天礦整體幫坡角設(shè)計(jì)為26°。沙丘（Q）層段、軟巖層（N）層段和Bara（E）層段的穩(wěn)定邊坡角分別為24°、25°和30°。

在平盤組合上，采用了兩個(gè)安全平盤與一個(gè)運(yùn)輸平盤的三臺(tái)階組合，以增大安全平盤寬度，降低局部臺(tái)階邊坡角，確保整體邊幫穩(wěn)定。

露天礦剝離過程中僅上部二層地下水涌出，因水量少易于疏干。

由于煤層下部為承壓含水層，其初始水位標(biāo)高25～55m，涌水量超過該區(qū)總量的87%，且煤層及其頂?shù)装灞旧砭褪浅袎核畬拥母羲畬?，因此?duì)于露天礦邊坡穩(wěn)定影響很大[，3，4]。采掘場(chǎng)內(nèi)涌水時(shí)，將使平盤巖石泥化，降低邊坡穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)甚至可能淹沒坑底采掘場(chǎng)。因此開采前必須對(duì)承壓水預(yù)先進(jìn)行疏干排水，一方面可降低水壓，另一方面可降低巖石含水率。

為使地下水位滿足露天采剝要求，根據(jù)采掘場(chǎng)降段計(jì)劃，在采掘場(chǎng)北幫、東幫（非工作幫）、南幫外側(cè)布置26個(gè)降水孔。

按最初設(shè)計(jì)，涌水量最大值出現(xiàn)在疏干排水后的第2到第3年，約為86×10?m?/d，此后逐年減少。經(jīng)疏干排水煤層底部含水層水位應(yīng)低于采掘場(chǎng)底板5～10m，以滿足開采安全要求。

四、存在問題

從項(xiàng)目開工建設(shè)到投入生產(chǎn)近6年來，塔爾煤礦二區(qū)塊項(xiàng)目整體運(yùn)行良好，但疏干排水量一直居高不下，日均排水量約10萬m?。由于巴基斯坦電力供應(yīng)不穩(wěn)定，時(shí)有停電現(xiàn)象發(fā)生，目前邊幫已有局部坍塌現(xiàn)象發(fā)生。如果連續(xù)停電超過2天，邊坡有發(fā)生大規(guī)模坍塌的危險(xiǎn)。

由于水文工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性和不確定性，預(yù)測(cè)的逐年涌水量與實(shí)際情況存在一定差異是在所難免的，從露天礦順利投運(yùn)情況看，前期對(duì)煤層底板承壓水的模型基本反應(yīng)了地下水的實(shí)際情況，選擇的疏干排水方案也無大的失誤。就實(shí)際疏干排水量遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)方案問題，筆者認(rèn)為應(yīng)從以下幾方面考慮：

1.塔爾煤礦二區(qū)塊煤礦的主要儲(chǔ)水層是煤層下部承壓含水層，疏干排水量也主要來自該含水層。該含水層分布區(qū)域超過10000平方公里，含水層厚度30～50米，水頭差大，涌水量大。地下水補(bǔ)給來自于礦區(qū)東北部含水層露頭，該含水層露頭賦存在礦區(qū)東北部200km處的沙丘砂下面。

2.礦區(qū)南部卡奇沼澤有地表水出露，考慮到沙漠干旱地區(qū)的蒸發(fā)量較大，必須有較大的補(bǔ)給水源才能進(jìn)行補(bǔ)償，結(jié)合該地區(qū)地下水富存情況綜合分析，其補(bǔ)給源頭應(yīng)與煤層下部含水層有關(guān)。塔爾煤礦疏水工程造成地下水位下降后，不排除卡奇沼澤水回流的情況。總之，該含水層富水量巨大，按塔爾煤電項(xiàng)目現(xiàn)有規(guī)模，難以承受完全疏干地下水層的費(fèi)用。

3.在含水層富水量較大的情況下，巖層的滲透系數(shù)對(duì)疏干排水量的影響很大。滲透系數(shù)越大，側(cè)向徑流越大，疏干范圍就相對(duì)增大，總涌水量就會(huì)大幅度增加。該礦日均10萬m?實(shí)際疏干排水量，說明巖層滲透系數(shù)較大。但早期開展的抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，揭示該巖層滲透系數(shù)較小，抽水模型數(shù)據(jù)相對(duì)樂觀。前后數(shù)據(jù)的矛盾，說明該含水層巖性不均一，導(dǎo)致滲透系數(shù)不均一。原因不排除局部區(qū)域存在斷層或破碎帶，局部存在高滲透性巖土夾層等，為地下水徑流提供了一定的快速補(bǔ)給通道。

五、建議和解決方案

1. 進(jìn)一步開展水文地質(zhì)調(diào)查

一是加密礦區(qū)范圍內(nèi)原有水文鉆孔，通過水文觀測(cè)和抽水試驗(yàn)摸清區(qū)域徑流規(guī)律，確定高滲透系數(shù)區(qū)域范圍，進(jìn)而研究局部施工帷幕注漿等隔水屏障[5]，以降低滲透系數(shù)的可行性。二是進(jìn)一步查明煤層下部含水層相關(guān)的區(qū)域水文地質(zhì)條件，揭示其補(bǔ)給和條件，是否與礦區(qū)南部卡奇沼澤水相關(guān)，以及目前外排的水是否有部分回流，形成循環(huán)等問題，以便采取針對(duì)性措施，降低礦井的疏干排水量。

2.在目前疏水孔以外（遠(yuǎn)離礦坑上水頭處）施工疏干排水孔抽水，利用水頭降落漏斗進(jìn)一步降低礦坑上水頭處的地下水位，延長(zhǎng)停止抽水時(shí)水位回升時(shí)間，保證邊坡安全。

參考文獻(xiàn)

[1]楊麗萍，吳野，巴基斯坦塔爾地區(qū)疏干防排水設(shè)計(jì)[M]，露天采礦技術(shù)，2014-7：41-43.

[2]王立杰，宋明智，巴基斯坦塔爾煤田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)學(xué)分析[M]，煤炭經(jīng)濟(jì)研究，2012-4：43-46.

[3]范軍富等，地下水對(duì)靈泉露天礦邊坡穩(wěn)定性影響分析研究[M]，水資源與水工程學(xué)報(bào)，2011-10：121-125.

[4]楊麗萍，伊敏三號(hào)露天礦疏干防排水設(shè)計(jì)，露天采礦技術(shù)[M]，2014-11：16-19.

[5] 李曉鳳，彭洪閣，地下水對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性影響及防治措施研究[M]. 能源技術(shù)與管理，2013-5：18-20.