新余市觀巢林場鉛鋅礦廢棄平硐封井回填技術(shù)分析

張佳運(yùn)，牛潤瀚，羅 威

新余市觀巢林場鉛鋅礦位于新余市350°方位、直距約8公里處，渝水區(qū)觀巢鎮(zhèn)林場內(nèi)，于上世紀(jì)九十年代進(jìn)行礦山開采活動(dòng)，2008年關(guān)停，主要開采鉛礦、鋅礦等。礦山關(guān)閉后的廢棄平硐涌水量較大，水中的鋅、鉛和pH均超出《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）標(biāo)準(zhǔn)值，礦硐涌水直接流入孔目江，且硐口距新余市第四水廠二級保護(hù)區(qū)較近，對第四水廠構(gòu)成較大威脅，急需開展封井回填工作。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地層

主要地層為泥盆系，沿溝谷和緩坡地段有第四系零星分布。

（1）泥盆系上統(tǒng)佘田橋組（D3s1- D3s2）

分布于礦區(qū)南緣，D3s1厚約60m，下部為灰白色、紫紅色中粗粒含云母石英砂巖，夾灰白色細(xì)砂巖，以中粗粒及含較多云母為特征，上部為灰綠色、灰白色、中細(xì)粒中厚層狀石英砂巖，夾薄層狀砂質(zhì)頁巖；D3s2厚約47m，巖性為灰白色、淺紫紅色、灰綠色鈣質(zhì)粘土巖、頁巖、鈣質(zhì)粉砂巖，中下部夾0.5-1.2m花斑狀、緬狀、豆?fàn)畛噼F礦層。

（2）泥盆系上統(tǒng)錫礦山組（D3x1- D3x3）

D3x1分布于礦區(qū)中部和南部，是泥巖一細(xì)碎屑巖型鉛鋅銀礦床的賦礦層位，厚約97m，巖性為淺灰綠、紫紅色石英砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、黑色炭質(zhì)頁巖、含錳粉砂巖、泥巖、灰?guī)r。

D3x2分布于礦區(qū)中部，厚約60m，巖性為灰白、淺灰色厚層狀石英砂巖、石英砂巖、石英細(xì)砂巖、粉砂巖。

D3x3分布礦區(qū)北部，厚大于110m，巖性為淺灰黑、紫雜色頁巖、粉砂巖，層間夾有似眼球狀（20×10cm或者10×5cm）鈣質(zhì)粉砂巖。

（3）第四系全新統(tǒng)（Q4）

分布于礦區(qū)東北部，為殘坡積層及沖積層，由粘土、亞粘土及碎石組成。

1.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造主要有斷裂和節(jié)理構(gòu)造。

1.2.1 斷裂構(gòu)造

礦區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，按其產(chǎn)狀劃分主要有NE、EW、NW、SN向四組，以NE和EW向斷裂為主。

（1）EW向斷裂

EW向斷裂主要有F1，F(xiàn)1是港背斷裂帶一部分，為礦區(qū)主干斷裂，西起131線、往東延伸出礦區(qū)，在礦區(qū)出露長近600m，寬0.45-12m，為成礦前張性正斷層，走向東西、傾向北、傾角65°-75°，斜斷距80-110m，斷裂帶受后期構(gòu)造熱液活動(dòng)影響，充填含Au、Ag成礦溶液，成為礦區(qū)破碎帶蝕變巖型金礦的控礦容礦構(gòu)造。

（2）NW和SN向斷裂

NW向斷裂主要有：F2、F5。

SN向斷裂主要有：F22。

（3）NE向斷裂

主要有 ：F7、Fu、F4。

礦區(qū)主要斷層的特征：

①F3：走向70°，傾向E，斷層性質(zhì)為逆掩斷層，規(guī)模長160m，主要依據(jù)為D3s2覆蓋D3x1。

②F2：走向300°，傾向SW，斷層性質(zhì)為正斷層，規(guī)模長300m，主要依據(jù)為D3s2于D3x1走向接觸。

③F5：走向290°，傾向NE，斷層性質(zhì)為橫斷層，規(guī)模長200m，主要依據(jù)為D3s2于D3x1接觸。

④F10：走向280°，傾向N，傾角65°，斷層性質(zhì)為正斷層，規(guī)模長230m，主要依據(jù)為D3x1中斷裂。

⑤F11：走向50°，傾向NW，斷層性質(zhì)為正斷層，規(guī)模長210m，主要依據(jù)為D3s2于D3x1接觸。

⑥F14：走向60°，傾向NW，傾角67°，斷層性質(zhì)為正斷層，規(guī)模長100m，主要依據(jù)為D3s2于D3x1接觸。

⑦F17：走向65°，傾向NW，傾角85°，斷層性質(zhì)為正斷層，規(guī)模長240m，主要依據(jù)為D3x1中斷裂。

⑧F22：走向350°，傾向E，斷層性質(zhì)為正斷層，規(guī)模長270m，主要依據(jù)為D3s2于D3x1接觸。

⑨F28：走向45°，傾向NW，斷層性質(zhì)為橫斷層，規(guī)模長560m，主要依據(jù)為D3s1、D3s2、D3x1走向接觸。

1.2.2 節(jié)理

礦區(qū)節(jié)理發(fā)育，根據(jù)節(jié)理統(tǒng)計(jì)，礦區(qū)節(jié)理可分為三組：第一組，走向東西，傾向南為主，傾角55°-85。第二組，走向北西，傾向北東或南西，傾角38°-85°。第三組，走向NE，傾向北西為主，傾角45°-80°。從節(jié)理的產(chǎn)狀要素可以看出，節(jié)理與礦區(qū)構(gòu)造主應(yīng)力發(fā)育方向一致。其中第一、二組較為發(fā)育，并多被后期成礦熱液所充填。

1.3 巖漿巖

礦區(qū)巖漿活動(dòng)不甚強(qiáng)烈，僅礦區(qū)南東有花崗閃長斑巖脈出露。

1.4 水文地質(zhì)條件

觀巢林場鉛鋅礦所在區(qū)域?qū)俚蜕健鹆甑孛?，南、東、西三面隆起，北面地勢平緩開闊，構(gòu)成一個(gè)相對獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，周邊地勢最高點(diǎn)為仰天崗海拔414m，北面是項(xiàng)目區(qū)水系的排泄口，海拔85m，最大相對高差311m，山形較陡峻，坡度一般均在20—40°之間，區(qū)內(nèi)地表水、地下水排泄條件良好。

礦區(qū)為剝蝕較強(qiáng)烈的低山丘陵地貌，周邊山嶺相連，形成北面開口的簸箕狀地貌，構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立水文地質(zhì)單元，礦區(qū)地表水體主要是溪流匯集而成的小河流，流量大小決定于溪流流量大小，溪流主要由大氣降水或第四系松散層和基巖風(fēng)化層中的暫時(shí)性蓄水補(bǔ)給。由于礦區(qū)匯水面積小，巖石透水性弱，地形較陡峻，排泄條件好，故春夏雨季溪流流量較大，秋冬干旱季節(jié)，溪流量甚小，大部分小溪出現(xiàn)斷流。區(qū)內(nèi)地表水系為沿山勢走向的溪流，匯聚至孔目江，流量受季節(jié)降水控制，每年4-7月雨季流量大，11月—翌年2月旱季流量較小，大部分溪流在旱季枯竭斷流。

礦區(qū)主要分布有第四系孔隙含水層，基巖風(fēng)化帶含水層和基巖構(gòu)造裂隙含水層（帶）三種類型。第四系孔隙含水層主要分布于河、溪兩側(cè)及洪積扇和山麓地帶，厚度小，埋藏淺，透水性好，受降水補(bǔ)給快，水位變化大，均以泉水出露地表或側(cè)向補(bǔ)給河、溪?；鶐r風(fēng)化帶含水層是礦區(qū)主要含水層，分布較廣，厚度變化大，據(jù)礦區(qū)17個(gè)鉆孔資料統(tǒng)計(jì)，其厚度在3.63-34.32m不等，平均厚度15.17m，地下水主要賦存于強(qiáng)烈風(fēng)化帶中，該含水層是構(gòu)造含水層（帶）的主要補(bǔ)給源，也是未來礦坑充水主要因素之一?；鶐r構(gòu)造裂隙含水層（帶），是微弱含水巖層受構(gòu)造影響，在局部地段形成一定規(guī)模的構(gòu)造含水帶，與上部風(fēng)化帶含水層無明顯界線，其水力聯(lián)系非常密切，淺層地下水通過斷層破碎帶及裂隙進(jìn)入坑道。該含水層（帶）將是深部礦坑充水的主要水源。

未經(jīng)風(fēng)化和構(gòu)造破壞較弱而裂隙不發(fā)育的基巖，巖性組合為粉砂巖與泥頁巖互層，基本上不透水或弱透水，透水性極差，鉆孔簡易水文觀測資料中大部分鉆孔均返水或吸水量極小，形成相對隔水層。

觀巢林場鉛鋅礦區(qū)大部分巖石堅(jiān)硬致密，含水性微弱，透水性差。第四系松散層沿溝谷帶狀斷續(xù)零星分布，厚度1—4m，不能構(gòu)成較大的含水層。區(qū)內(nèi)無較大地表水體和較大導(dǎo)水、含水構(gòu)造，大氣降水是礦坑充水的主要來源。

礦區(qū)地表水和地下水均由大氣降水補(bǔ)給，由于基巖地下水位均高于附近地表水系，即總體是地下水向地表水補(bǔ)給，但雨季河、溪暴漲水位抬高，形成地表水補(bǔ)給第四系潛水層或風(fēng)化帶含水層，故地表水與各類地下水水力聯(lián)系密切，開采后地下水位受人為破壞，地表水更有可能補(bǔ)給地下水，形成一種互補(bǔ)條件。

由于地表水排泄條件好，不利于地下水積聚，而且基巖透水性較弱，地下水接受大氣降水補(bǔ)給能力較差，其徑流量亦小，地下水通過淺部含水層由高處向低處徑流，最終以泉的形式排泄地表。

礦區(qū)屬透水性較差地區(qū)，基巖風(fēng)化帶及基巖裂隙含水層（帶）富水性差；第四系松散孔隙含水層在礦區(qū)分布較少，未形成一定規(guī)模含水層，且富水性較弱，泉水流量均小于1升/秒，多以間歇性下降泉形式出露，地表水由于補(bǔ)給范圍較小，水量僅可滿足日處理≤300噸礦石量的中小型礦山生產(chǎn)規(guī)模，至于礦山生產(chǎn)發(fā)展規(guī)模＞300噸日處理量或遇干旱年月，生產(chǎn)生活供水水源有待孔目河解決。

綜上所述，項(xiàng)目區(qū)水文地質(zhì)條件屬簡單類型。

1.5 工程地質(zhì)條件

泥巖-細(xì)碎屑巖型鉛鋅銀礦床，礦體厚2-3m，礦石為塊狀黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦礦石，礦石比較堅(jiān)硬，具可采性。礦層被斷層破壞不大，一般斷層落差僅有1m。礦層底板為堅(jiān)硬灰白色石英砂巖，是采礦有利條件。但礦層產(chǎn)狀平緩（傾角10°-25°），而且是隱伏礦床，礦層頂板為松軟遇水后堅(jiān)固性極差的含細(xì)晶狀黃關(guān)礦碳質(zhì)泥頁巖和鈣質(zhì)粉砂巖，不穩(wěn)固，易崩垮，需支護(hù)，是采礦不利條件。

破碎帶蝕變巖型金礦，呈陡傾斜（傾角60°-75°），對開采有利，但礦帶破碎厲害，裂隙水發(fā)育，而且上盤有0.5-1.0m白色、灰色斷層泥，比較易滑崩，構(gòu)成開采不利因素。

泥巖—細(xì)碎屑巖型鉛鋅銀礦體的含礦地質(zhì)體為含礫石英砂巖，單軸抗壓強(qiáng)度61.4—127.6MPa之間，屬半堅(jiān)硬、堅(jiān)硬巖石。礦體頂板圍巖與礦體大多數(shù)為同一巖石類型，有一致的力學(xué)性質(zhì)。糜棱巖化砂質(zhì)千枚巖，單軸抗壓強(qiáng)度65.0—75.0Mpa之間，亦屬半堅(jiān)硬、堅(jiān)硬巖石；礦體底板千枚狀板巖及粉砂巖、石英砂巖離礦體較遠(yuǎn)，為礦體間接頂板圍巖，單軸抗壓強(qiáng)度為70.0—90.0Mpa之間，屬堅(jiān)硬巖石。從巖石力學(xué)性質(zhì)測試結(jié)果可以看出礦床及其底板巖體屬半堅(jiān)硬型。

1.6 環(huán)境地質(zhì)條件

礦區(qū)地處低山-丘陵過渡地帶，屬構(gòu)造剝蝕地貌區(qū)，山坡坡度一般在20°～40°之間，坡度較平緩，局部在抗風(fēng)化強(qiáng)的巖性地段，形成小陡坎；自然溝谷中未發(fā)現(xiàn)滑坡、坍塌等現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)植被發(fā)育，地表水逐流途徑較短，不易形成泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。綜上所述，本區(qū)在自然條件下，不具發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的隱患，自然環(huán)境地質(zhì)條件較好。

未來礦山開采過程中礦渣堆積、選礦尾砂堆積以及選礦廢水的排放對本區(qū)自然環(huán)境有一定的影響。

2 平硐概況

2.1 平硐PD1

PD1硐口結(jié)構(gòu)較為完整，走向225°，硐口未封閉，井筒未充填，平硐未治理，井壁質(zhì)量差，易發(fā)生塌陷，存在嚴(yán)重的安全隱患。平硐涌水量大，水中鉛、鋅、pH等因子超標(biāo)，對環(huán)境危害較大。

2.2 平硐PD2

PD2硐口結(jié)構(gòu)較破碎，走向135°，硐口僅進(jìn)行了簡單處理，井筒未充填，平硐未治理，井壁質(zhì)量差，易發(fā)生塌陷，存在嚴(yán)重的安全隱患。平硐涌水量大，水中鉛、鋅、pH等元素超標(biāo)，對環(huán)境危害較大。

3 平硐回填方案推薦

3.1 臨時(shí)支護(hù)封井回填

（1）清理通風(fēng)。用泥漿泵將硐子底部的污泥抽出，以滿足施工條件。在離井口20m距離處分別安裝2×30KW局扇2臺(tái)，且保證實(shí)現(xiàn)雙風(fēng)機(jī)雙電源供電，且能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。

（2）臨時(shí)支護(hù)。為保障施工安全，需要對巷道進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，每個(gè)巷道支護(hù)長度22m，按4m的間距和3m的高度支護(hù)2列，共需20cm杉樹10m3。

（3）平硐封井回填。針對平硐，距離井口22.0m處砌筑混凝土墻，采樣用C30砼砌筑灌封，砌筑厚度1m，距離井口21～1m之間采用黃泥或黏土材料填充夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)不小于0.94，距離井口約1m處砌筑混凝土墻，采樣用C30砼砌筑灌封，砌筑厚度1m，其中砼砌筑采用雙層網(wǎng)格狀鋼筋骨架，骨架嵌入巖體內(nèi)0.5m，鋼筋間距為0.2cm，混凝土標(biāo)號(hào)為C30，每層16mm鋼筋網(wǎng)需鋼筋67.5m，共4層，鋼筋1.58kg/m，共0.43t。

3.2 鉆探帷幕注漿

（1）物探確定硐子走向和施工位置。施工前通過物探方法確定硐子走向，設(shè)計(jì)高密度電法測線長200.0m，并通過試鉆驗(yàn)證隧洞位置，試鉆深度約23.0m，確定鋼管樁和澆筑孔的位置。

（2）砌筑混凝土墻。距離井口22.0m處，采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆進(jìn)，開孔Φ150，打穿底板下1.0m長，下Φ146套管，單個(gè)孔深約25.5m（揭露硐頂22.0m，平硐高2.5m，嵌入底板1.0m；鋼管內(nèi)灌注C30細(xì)石混凝土，形成鋼管樁，鋼管樁垂直隧洞軸線梅花形布置，共13個(gè)孔，外間距大于11cm。按上述施工工藝在距離井口1.0m處，砌筑第二道混凝土墻，共13個(gè)孔，單個(gè)孔深約0.5m。

（3）澆筑混凝土支擋體。在兩排鋼管樁內(nèi)側(cè)約0.5m處在隧洞頂板上分別布置3個(gè)混凝土澆筑孔，亦采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆進(jìn)，可以采用泥漿護(hù)壁，開孔Φ171，鉆穿隧洞頂板即可，深度約21.0m和1.0m，然后下套管，再通過套管灌注C30混凝土，混凝土灌注量約，13.2m3，要求混凝土坍落度60mm～100mm，卵石骨料、粒徑不大于40mm，酌情添加早強(qiáng)劑，同時(shí)有緩凝措施，準(zhǔn)備充足的混凝土量。開始澆灌時(shí)要求管口離隧潤底板50cm左右，估計(jì)混凝土的上升速度而反復(fù)拔插套管，并逐漸提高套管，有條件時(shí)在相鄰孔放下振搗棒進(jìn)行振搗，最后將上述了個(gè)鉆孔全部采用混凝土封堵。

（4）距離井口21～1m之間，沿著隧道走向中心線每隔2m布置1個(gè)注漿孔，共10個(gè)注漿孔，孔深共約110.0m，亦采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆進(jìn)，可以采用泥漿護(hù)壁，開孔Φ171，鉆穿隧洞頂板即可，然后下套管，再通過套管灌注帷幕漿液。單個(gè)硐子帷幕注漿鉆探總工作量 ：23×2+25.5×13+21×3+4.5×13+1×3+110=612.0m。

帷幕漿液選擇改性黏土漿液，其可注性、穩(wěn)定性、抗?jié)B性、防蝕性、耐久性較好，比水泥漿結(jié)石更加致密均勻。

黏漿液部分性能：

①水泥：黏土：水配比為1:4:6，外加劑3%，結(jié)石率100%，混合漿比重1.31，初凝時(shí)間7時(shí)42分，塑性強(qiáng)度1天1.47、2天3.3、3天＞3.3，28天抗壓強(qiáng)度0.02MPa。

②水泥：黏土：水配比為1:5:7，外加劑3%，結(jié)石率100%，混合漿比重1.312，初凝時(shí)間7時(shí)47分，塑性強(qiáng)度1天0.83、2天0.73、3天＞3.3，28天抗壓強(qiáng)度0.18MPa。

③水泥：黏土：水配比為1:5:6，外加劑3%，結(jié)石率100%，混合漿比重1.345，初凝時(shí)間7時(shí)36分，塑性強(qiáng)度1天0.37、2天1.47、3天＞3.3，28天抗壓強(qiáng)度0.02MPa。

④水泥：黏土：水配比為1:4:5，外加劑2%，結(jié)石率100%，混合漿比重1.36，初凝時(shí)間7時(shí)26分，塑性強(qiáng)度1天1.47、2天3.3、3天＞3.3，28天抗壓強(qiáng)度0.14MPa。

⑤水泥：黏土：水配比為1:4:5，外加劑2%，結(jié)石率100%，混合漿比重1.36，初凝時(shí)間7時(shí)26分，塑性強(qiáng)度1天1.47、2天3.3、3天＞3.3，28天抗壓強(qiáng)度0.14MPa。

⑥水泥：黏土：水配比為1:4:5，外加劑3%，結(jié)石率100%，混合漿比重1.365，初凝時(shí)間7時(shí)15分，塑性強(qiáng)度1天0.37、2天3.3、3天＞3.3，28天抗壓強(qiáng)度0.15MPa。

⑦水泥：黏土：水配比為1:3:4，外加劑2%，結(jié)石率100%，混合漿比重1.345，初凝時(shí)間7時(shí)20分，塑性強(qiáng)度1天3.3、2天3.3、3天＞3.3，28天抗壓強(qiáng)度0.06MPa。

⑧水泥：黏土：水配比為1:2:3，外加劑2%，結(jié)石率100%，混合漿比重1.375，初凝時(shí)間7時(shí)47分，塑性強(qiáng)度1天0.8、2天1.48、3天＞3.3，28天抗壓強(qiáng)度0.246MPa。

⑨水泥：黏土：水配比為1:1:2，外加劑1.5%，結(jié)石率100%，混合漿比重1.435，初凝時(shí)間8時(shí)52分，塑性強(qiáng)度1天3.3、2天3.3、3天＞3.3，28天抗壓強(qiáng)度1.2MPa。

帷幕施工時(shí)采用下行分段壓水、注漿的方式，該方式施工方法針對性強(qiáng)，能較準(zhǔn)確的了解所注注漿段的地層滲透性，注漿段可得到反復(fù)多次地充填，堵塞。

4 回填方案確定

4.1 回填方案確定依據(jù)

主要從安全、成本和質(zhì)量3個(gè)方面進(jìn)行評估：

PD1原始資料缺失，采取鉆探帷幕注漿工藝成本較大，但硐口結(jié)構(gòu)較為完整，可以保障支護(hù)安全，保障回填質(zhì)量，建議采取臨時(shí)支護(hù)封井回填方案。

PD2硐口結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重，無法保障支護(hù)安全，但原始資料保存較好，可以較為準(zhǔn)確地布置鉆探工程，建議采取鉆探帷幕注漿方案。

4.2 施工平面布置

（1）平面布置原則。①因地制宜，采用分區(qū)布置，集中管理，便于施工生產(chǎn)管理和生活安排。②施工臨時(shí)設(shè)施布置于現(xiàn)場合適地點(diǎn)，盡量不占或少占民用土地。③項(xiàng)目部建立在項(xiàng)目區(qū)外下游鐵山村內(nèi)，生活區(qū)生活污水、垃圾進(jìn)行集中處理和排放，生活污水經(jīng)沉淀等方法處理后排放至村內(nèi)排污設(shè)施，確保環(huán)境不受污染。

（2）平面布置的內(nèi)容。①本工程的臨時(shí)設(shè)施布置于施工區(qū)附近寬闊平坦的平地上，場地內(nèi)施工臨時(shí)設(shè)施布置具體見施工圖設(shè)計(jì)。②本工程項(xiàng)目經(jīng)理部設(shè)置在離現(xiàn)場近的村莊里，采用租用閑置民房辦公。③本工程的生活區(qū)采用租賃形式。租住當(dāng)?shù)孛穹可?。④施工總平面布置主要包括混凝土攪拌系統(tǒng)、臨時(shí)堆料場、材料倉庫、停車場及現(xiàn)場辦公室、加工車間等。

4.3 施工注意事項(xiàng)

（1）施工安全。平硐內(nèi)因年久失修，部分區(qū)域可能有坍陷，應(yīng)采取臨時(shí)支護(hù)保障施工人員安全。施工完畢后，洞口設(shè)置標(biāo)識(shí)標(biāo)牌，提醒來往人員。

（2）二次污染防治。施工過程中，應(yīng)盡量少的擾動(dòng)地表土壤或填土，因施工需要確需擾動(dòng)的，應(yīng)做到就近堆放，做好臨時(shí)覆蓋遮蔽，防止產(chǎn)生淋慮廢水。施工完畢之后原位回填，禁止項(xiàng)目區(qū)土壤或填土外運(yùn)。對平硐進(jìn)行清理時(shí)將會(huì)產(chǎn)生一定的廢水，廢水應(yīng)經(jīng)過臨時(shí)沉淀措施沉淀處理后排放至原有的污水處理設(shè)施，嚴(yán)禁廢水直接外排。

（3）井口處置。平硐封填結(jié)束后應(yīng)設(shè)置安全警示標(biāo)志，建立標(biāo)示，標(biāo)注名稱、坐標(biāo)、建井時(shí)間與建井單位、井筒類型與深度、封井時(shí)間與封井施工單位。

（4）定期監(jiān)測巡查。施工結(jié)束后，應(yīng)針對封井回填工程及周邊區(qū)域開展定期的監(jiān)測巡查工作，重點(diǎn)針對工程質(zhì)量及安全性進(jìn)行監(jiān)測巡查，監(jiān)測頻率1 次/月，監(jiān)測周期1個(gè)水文年。