江西某銅礦水文地質(zhì)條件分析及防治水對(duì)策研究

周?chē)?guó)平， 錢(qián) 涵， 樊 勇

(1.江銅集團(tuán)銀山礦業(yè)有限責(zé)任公司， 江西 德興 335499； 2.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

1 前言

近年來(lái)，礦山開(kāi)采條件日益復(fù)雜，露坑聯(lián)合開(kāi)采的礦山逐漸增多，此類(lèi)礦山的防治水研究受到眾多學(xué)者的關(guān)注。劉慶宏(2013)[1]深入分析了新橋礦地下與露天聯(lián)合開(kāi)采在平面重疊部分的滲透能力和補(bǔ)給通道，采用水平帷幕注漿的方法封堵露天坑積水的垂向補(bǔ)給通道，減少井下排水量。李紅利(2016)[2]對(duì)銅綠山露天南坑透水因素進(jìn)行分析，在坑內(nèi)采用注漿帷幕技術(shù)和修建水倉(cāng)等措施顯著減小了井下平巷的涌水量。

江西某銅礦是一個(gè)露坑聯(lián)合開(kāi)采的礦山。礦體圍巖為板巖、千枚巖，以風(fēng)化裂隙或構(gòu)造裂隙含水為主，天然狀態(tài)下水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，礦坑涌水量小。該礦山開(kāi)采歷史悠久，最早采用井下開(kāi)采，后轉(zhuǎn)為露天井下聯(lián)合開(kāi)采。因礦區(qū)淺地表老窿、巷道與露天坑境界的剝離范圍發(fā)生交叉，造成不同時(shí)期下存在不同程度的水力聯(lián)系通道。礦區(qū)降雨強(qiáng)度大，雨季時(shí)間長(zhǎng)。當(dāng)暴雨來(lái)臨時(shí)，地表匯集的降水可能通過(guò)這些通道滲入井下，給井下排水系統(tǒng)造成顯著壓力，威脅著礦山生產(chǎn)安全。另外，地表存在一條常年性河流，給礦坑的充水增加了來(lái)源。綜合以上因素，在露天開(kāi)采和井下開(kāi)采的互相影響下，礦山水文地質(zhì)條件逐漸復(fù)雜化。

本文對(duì)該江西銅礦區(qū)水文地質(zhì)條件分析及防治水對(duì)策展開(kāi)研究，為該礦安全生產(chǎn)保駕護(hù)航，也為其他露坑聯(lián)合開(kāi)采的礦山防治水工作提供良好的借鑒。

2 礦區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

礦區(qū)屬于丘陵山地地貌，總體地勢(shì)北東高、南西低。礦區(qū)地處亞熱帶濕潤(rùn)性氣候區(qū)，地區(qū)降雨量十分豐富，梅雨季節(jié)時(shí)間長(zhǎng)。年平均降雨量2 185.4 mm，最大年降雨量2 870.4 mm，日最大降雨量311.7 mm，全年降雨天數(shù)150～192 d，平均171 d。

礦區(qū)地處微弱含水的板巖、千枚巖廣泛出露的低山- 丘陵區(qū)，為一獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，內(nèi)部無(wú)大的地表水體和較大導(dǎo)水、含水構(gòu)造帶。第四系松散孔隙含水層薄，基巖透水性差，地表水和地下水排泄條件良好。天然條件下，該礦床水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

3 開(kāi)采現(xiàn)狀及水文地質(zhì)條件變化

該礦山經(jīng)過(guò)多年開(kāi)發(fā)與建設(shè)，現(xiàn)已發(fā)展成為一個(gè)露坑聯(lián)合開(kāi)采的礦山。

露天開(kāi)采已形成凹陷露天采坑。封閉圈以上已基本靠幫。地下采礦方法主要為無(wú)底柱淺孔留礦法。礦區(qū)侵蝕基準(zhǔn)面以上采用平硐開(kāi)拓，侵蝕基準(zhǔn)面以下采用豎井開(kāi)拓。建礦以來(lái)開(kāi)采深度達(dá)530 m，各個(gè)區(qū)段平面上相互連通。平硐開(kāi)拓已于20世紀(jì)結(jié)束，現(xiàn)生產(chǎn)中段僅包括-240 m、-285 m、-330 m。

隨著地下開(kāi)采向深部延伸，陸續(xù)建設(shè)了各中段、分區(qū)的排水設(shè)施，逐步形成了地下多級(jí)接力的排水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)較為復(fù)雜。礦坑涌水通過(guò)井下各排水中段逐級(jí)排至地表。

前期井下開(kāi)采階段，除局部斷層接觸帶或破碎帶滲水、滴水外，絕大部分中段巷道干燥無(wú)水，且隨開(kāi)采深度增加涌水量隨之減少。

近年來(lái)，露天開(kāi)采規(guī)模不斷擴(kuò)大，井下開(kāi)采規(guī)模不斷縮小。隨著露天采場(chǎng)的擴(kuò)幫、向下延深，不僅增大了地表匯水面積，并且揭露了原地下開(kāi)采巷道，從而進(jìn)一步增加了地表與井下水力聯(lián)系的通道。在露天開(kāi)采和井下開(kāi)采的互相影響下，洪水期井下礦坑涌水量激增，導(dǎo)致礦山水文地質(zhì)條件逐漸復(fù)雜化，給礦山安全生產(chǎn)造成威脅。此時(shí)，大氣降水已成為礦坑充水的最主要來(lái)源。

4 礦區(qū)突涌水因素分析

通過(guò)對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)條件分析，影響礦區(qū)突涌水的主要因素有以下幾個(gè)方面。

(1)經(jīng)過(guò)多年生產(chǎn)已形成多中段、多采空區(qū)的現(xiàn)狀，淺部采空區(qū)已部分跨塌。分布于露天坑?xùn)|南角及西部境界邊緣的開(kāi)裂和塌陷區(qū)對(duì)局部邊坡穩(wěn)定具有不利影響，可能導(dǎo)致截水溝失效，在暴雨條件下直接影響露天坑和井下的排水安全。

(2)露天開(kāi)采與井下開(kāi)采在空間上存在交叉，露天開(kāi)采已揭露出部分原地下開(kāi)采巷道，隨著露天采場(chǎng)擴(kuò)幫、向下延深，會(huì)進(jìn)一步揭露原地下開(kāi)采巷道，形成地表與井下水力聯(lián)系的通道，洪水期易形成地表降雨匯水易通過(guò)露天采場(chǎng)進(jìn)入地下采空區(qū)，造成洪水倒灌，給礦山安全生產(chǎn)帶來(lái)威脅。

(3)雖然露天及井下設(shè)有多處接力泵站，但各泵站設(shè)置分散，排水能力大小不一，排水路線較遠(yuǎn)，導(dǎo)致排水系統(tǒng)運(yùn)行不暢，難以保證排水安全。

5 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

5.1 露天坑涌水量

露天坑封閉圈以上匯水應(yīng)盡可能截流外排，考慮最終境界條件下截水溝有效截流后，如按照25年一遇24 h暴雨計(jì)算，可計(jì)算出坑底暴雨涌水量為40 000 m3/d。由于淺部露天采坑積水區(qū)可能存在與井下的聯(lián)系通道，對(duì)井下安全威脅大，因此涌水量須按一天排完的要求設(shè)置排水能力。后續(xù)隨坑底逐漸加深，避開(kāi)老舊巷道后，其最大排水量可根據(jù)可允許淹沒(méi)的情況進(jìn)行調(diào)整。

5.2 井下涌水量

多年實(shí)際排水資料證實(shí)深部開(kāi)采沒(méi)有對(duì)淺部涌水分布產(chǎn)生持續(xù)明顯影響，降雨入滲條件已經(jīng)基本不再變化。根據(jù)歷史排水量統(tǒng)計(jì)資料確定，并考慮露天開(kāi)采導(dǎo)致入滲量增加等因素，井下正常涌水量預(yù)測(cè)為7 500 m3/d。

井下最大涌水量根據(jù)露天開(kāi)采的狀態(tài)下，暴雨期間可能滲入井下的最大水量確定?？紤]這些因素后，確定礦區(qū)的最大涌水量為80 000 m3/d。當(dāng)露天坑底可有效避免積水繼續(xù)入滲時(shí)，井下的最大涌水量可大幅減小。

6 防治水策略

6.1 地表及露天采場(chǎng)防排水工程

露天坑封閉圈截水和境界上游河流改道是控制礦區(qū)涌水的重要措施。通過(guò)在現(xiàn)狀地形圖和衛(wèi)星圖片上圈算，對(duì)露天開(kāi)采有影響的總匯水面積為3.8 km2。其中境界外河流上游控制的匯水面積為2.4 km2，占整個(gè)匯水面積的63%。礦山已修筑導(dǎo)流隧洞進(jìn)行攔截和導(dǎo)流，目前效果良好。+72 m封閉圈以下匯水面積為0.43 km3(最終封閉圈)，剩余近1 km2的匯水面積需通過(guò)修筑截水溝截流疏導(dǎo)地表降雨匯水。

6.2 境界內(nèi)采空區(qū)防治水

井下開(kāi)采巷道和采空區(qū)將露天坑匯集的暴雨洪水導(dǎo)入坑內(nèi)是井下安全的最大威脅。當(dāng)露天坑底處在井下開(kāi)采巷道和采空區(qū)較多的深度時(shí)尤應(yīng)注意人為導(dǎo)水通道的封堵。露天境界內(nèi)的地下采空區(qū)主要分布在三個(gè)區(qū)域：西北部邊坡、東南邊坡以及采坑中北部區(qū)域。西北部邊坡和東南邊坡的采空區(qū)面積較大，但主要分布在淺部邊坡上，主要防治措施是臺(tái)階截水溝通過(guò)這些區(qū)域時(shí)采用混凝土襯砌。臺(tái)階揭露這類(lèi)巷道時(shí)可臨時(shí)采用漿砌石封堵。主巷道關(guān)鍵部位上采用廢石封堵，封堵段長(zhǎng)度為10 m。主巷道兩側(cè)的沿脈巷采用混凝土擋水墻徹底封堵，墻厚3～5 m(隨著標(biāo)高的降低而加厚)。

為防止上部中段出現(xiàn)大的涌水時(shí)通過(guò)豎井倒灌到下部中段，在豎井兩側(cè)設(shè)置密閉墻或防水門(mén)，抗壓強(qiáng)度不小于0.5 MPa。

6.3 其他措施

原井下采區(qū)淺部中段殘留的地下水占有較大比例，露天坑切斷這些主要輸水巷道后，北部采區(qū)地下水可能沿原有流水巷道流入采坑。到達(dá)境界的臺(tái)階，如發(fā)現(xiàn)此類(lèi)流水巷道，應(yīng)清理巷道口的崩塌物，避免巷道堵塞，引起邊坡內(nèi)的空區(qū)積水。

6.4 工程實(shí)施順序

露天坑積水與井下的聯(lián)通是影響礦區(qū)涌水的最重要因素，必須盡快形成露天境界各截水溝，它們對(duì)將來(lái)提高深部開(kāi)采的防水安全也起到重要作用。邊坡片巖風(fēng)化和坑內(nèi)采空區(qū)陷落可能產(chǎn)生小規(guī)?；隆⒌魤K，極易導(dǎo)致截水溝失效。這些截水溝中的一條被破壞，可能使暴雨時(shí)井下涌水量增大一倍。因此，露天坑截水溝的建設(shè)要盡快完成，更重要的是，必須采用足夠高的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)以保證其可靠性。

露天坑向下延深時(shí)的爆破將影響井下巷道的穩(wěn)定性，導(dǎo)致巷道封堵越來(lái)越困難。對(duì)于淺部中段運(yùn)輸大巷的巷道封堵(廢石)和中部標(biāo)高中段采區(qū)沿脈巷的封堵(混凝土)也需要盡快完成。

7 結(jié)論

該銅礦水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，但因露天和井下開(kāi)采的互相影響，使暴雨期間地表匯水可能通過(guò)巷道、老舊采區(qū)滲入井下，導(dǎo)致礦坑涌水量短時(shí)激增，直接導(dǎo)致了礦山水文地質(zhì)條件復(fù)雜化。

完整的封閉圈截水溝和外圍截水對(duì)減小露天坑匯水面積、減少井下積水至關(guān)重要，應(yīng)采用高建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)保證其可靠性，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)和維護(hù)，保證截水溝排洪能力。

開(kāi)展針對(duì)采空區(qū)或潛在塌陷區(qū)的探測(cè)工作和鉆孔灌注尾砂的試驗(yàn)研究，尤其是河溪下方的采空區(qū)?？捎行p少當(dāng)前排水安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)顯著降低治理成本。

未來(lái)結(jié)合降雨和井下涌水量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可開(kāi)展巷道封堵工程堵水效果的驗(yàn)證工作，以修正生產(chǎn)中后期井下涌水量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。