水对露天开采的影响及其治理措施

王 瑞,杨国财

(江西铜业集团公司城门山铜矿,江西九江 332100)

水对露天开采的影响及其治理措施

王 瑞,杨国财

(江西铜业集团公司城门山铜矿,江西九江 332100)

论文分析了水对城门山露天矿开采主要工艺环节的影响,论述了矿区水治理工作在露天矿生产中的重要性,介绍了城门山铜矿筹备、基建和生产期间制定和采取的水治理原则和措施,可对富水露天矿开采过程中水治理问题提供借鉴。

露天开采;影响;治理措施

1 前言

露天采矿形成的露天矿坑就相当于一口大井,从客观上具备了汇集大气降水、地表径流和地下涌水的条件。汇集到矿坑内的水会降低设备效率和使用寿命,降低矿山工程下降速度,破坏边坡稳定性,甚至阻断采矿生产。地表的江水、湖水若灌入矿坑对露天矿山来说就是灭顶之灾,因此解决好水的问题是露天矿山开采的前提条件。城门山铜矿在地质勘察阶段就做了大量的水文地质研究,后期做了一些专门水文地质试验。特别是 1988年至1993年,江西铜业公司与联邦德国地质科学与矿产资源研究院(BGR)合作,对城门山进行了大型疏干排水试验,建立了城门山地下水模型,完成了利用当地湖泥注浆半工业试验[1]。经过这些工作,对城门山矿床的水文地质有了透彻的了解,为制定治水措施打下了坚实的基础。

2 水文地质环境

城门山铜矿属长江水系支流瑞昌河流域,区内地表水体、地下水非常发育。矿区位于地下水、地表水汇集的湖泊地段,区内岩溶含水层也很发育,首采区7#矿体,位于矿区中心偏东位置,续采区 10#、15#矿体分别在7#矿体的西侧和北侧。各矿体大部分赋存在当地侵蚀基准面以下。7#矿体采区北部边坡主要为风化强度不一的花冈闪长斑岩,南部边坡主要为岩溶发育的栖霞、黄龙、茅口灰岩。由于该采区北部的火成岩体(花岗闪长斑岩)及灰岩,南部的石英砂岩、砂质叶岩均为相对隔水层,因此,7#矿体露天采区地下水主要通过矿区东西两侧灰岩地下水的侧向补给,有露天采区南部边坡灰岩含水层进入采区;15#矿体采区地下水主要要通过其北侧的矽卡岩及灰岩与火成岩接触带补给[2]。在二期扩建开采境界内有一条废弃了多年的勘探斜井,斜井东西走向,长约150m,倾角45°,井中汇集了大量的地下水,地下水通过斜井口涌出进入采坑。

3 水对露天采矿工艺各环节的影响

3.1 水对穿孔、爆破的影响

3.1.1 对穿孔的影响分析

穿孔作业中少量的地下水有利于改善作业条件,这些水对孔壁的冲刷力不大,不至于损害炮孔孔壁的稳定。但若水压高、涌水量大,则对孔壁有损坏的作用。当钻孔穿过节理裂隙较发育、断层及其它弱松不稳定的岩体地段时,由于冲刷力的作用,首先会使这些地段附近最不稳定的岩体颗粒失稳、移位、脱落;而清洗作用则将这些脱体细颗粒随水高速排出孔口。细颗粒的流失,使岩体失去整体性,较大颗粒便因支撑不足而失稳,引起孔壁的坍塌。若垮塌的石块较大,不仅易发生堵孔,且极易卡堵冲击器、钻头使之不能提出地表,从而带来较大的经济损失。

3.1.2 对装药的影响分析

水孔装药很难保证装药线密度和装药量符合要求。采用高压吹水后快速下药的方法处理,对涌水量较大、水压大的孔采用装药前吹水措施,水的冲刷清洗作用使孔壁产生的变形、石块位移甚至坍塌。当炸药快速通过已发生变化的地段时,会受到阻挡而减速、包装物破损并受撞击而使炸药附于孔壁、炸药堵塞炮孔。使炸药在有效位置不能充满炮孔,装药长度、装药线密度和装药量均得不到保证。并可能因炸药不连续发生拒爆,半爆。

3.2 水对铲装运输的影响

水对穿孔、爆破的影响必然会增大爆堆按照设计要求成型的难度,造成爆破质量的下降,从而降低铲装效率,而且境界内大量高风化矿、岩吸水后粘结在铲斗、车斗壁上,增加了铲装运输过程中设备所做的无用功,这些都降低了铲装运输效率,增大了铲装成本。工作面积水,矿岩疏干不到位,使得坚固性较差的矿岩吸水后被运输车辆来回碾压成浆状,工作面出现很多大大小小的凹坑,对汽车在工作面的掉头,运行安全,铲、装作业的配合都造成影响。铲装设备长时间在水中浸泡,会对铲装设备造成腐蚀,至使设备的故障率增高,完好率降低,设备维护费用增加,对铲装作业的高效、顺利进行造成影响。水对采区道路的浸泡会使得路基失稳,路面泥泞,从而加大采场内道路的维护难度,增大维护成本,降低运输安全系数和运输效率。

3.3 水对排土的影响

城门山露天矿 1#排土场位于城门山南部山坡处,其原地形标高在 14m～110m之间,地形坡度上陡下缓,上部为 18°～20°,底部为 1°～5°。按南昌院 1200t/d规模设计要求,排土场的最终堆置标高为 110m,坡面角为 34°,并根据位置不同分段排弃,即 90m标高为一段,110m标高为一段,最大段高为66m,排弃的废石主要由风化的花岗闪长斑岩、石英砂岩和矽卡岩组成,容重 2.5t/m3,松散系数 1.5,岩堆自然安息角 32°。城门山铜矿采用的排土工艺是汽车运输 -推土机排土,排土作业包括:汽车翻卸岩土,推土机推土;平整场地和整修排土场公路。含水矿岩土经过运输过程中的颠簸,挤压会有大量黏贴在车厢内,引起翻卸过程中车辆平衡能力降低,增大翻卸难度,增大车辆侧翻的可能性。推土机推土形成的坡面角为湿岩土的安息角,在岩土干了以后,自然安息角会减小,同时湿的岩土下沉速度较快,内聚力和内摩擦角等物理性指标的降低使得坡面失稳可能性增大[3]。

综上所述,水对露天矿开采的各个环节均有不良影响,所以做好采区水治理工作是露天矿顺利、稳定生产的必要条件。

4 矿区水治理

对于城门山铜矿水的治理,初步拟定的防治水原则为对地表湖水进行围堤拦截,对地下水则以疏干排水为主,以注浆堵水为辅,疏堵结合[4]。城门山铜矿运用这个水治理原则取得了水治理的成功,使得矿山一期开采,和二期基建剥离顺利进行。为保证生产安全顺利地进行,我们采取了以下一些具体的水治理措施

4.1 地表水的治理

地表水治理方案是围堤拦截湖水进入采场,实际生产中该矿将城门山铜矿露天采场临近湖区的地带作为排土场,既拥有了运距较小的排土场,同时起到拦截隔离湖水的作用。目前临近湖区的 2#、3#排土场已经将露天采场和赛城湖隔离开了约 450m,排土标高在 +33m,而赛城湖夏季水面标高一般在+13m左右,赛湖历史最高水位 +22.86m,不会出现湖水倒灌入采坑的情况,达到了拦截湖水进入矿坑的目的。

4.2 地下水的治理

城门山起步规模开采方案中在 7#矿体东南边帮上打了一口疏干井,疏干 7#矿体其围岩。二期开采方案关于地下水治理部分依然遵循以疏干为主,以注浆堵水为辅,疏导结合的原则,计划在二期露天采场西南面布设 4孔疏干井,在北面布设 4孔疏干井,在东面布设 5孔疏干井,共计 13孔疏干井用以疏干二期境界内的矿岩。因为种种原因,这 13口疏干井还没有打好,二期基建剥离已经动工,目前对于地下涌水,我们采用渠道网将水排至固定泵站水仓,在用水泵排出采场至废水库。下面主要介绍城门山铜矿采坑渠道网的建立和扩展。

4.2.1 渠道网的建立

渠道网是由集水渠和主干渠构成,是用来疏导露天境界内地表积水的网络,城门山露天矿通过挖深挖宽渠道,结合小台阶开采,使得渠道网不仅可以疏导地表积水还可以起到疏干采坑矿岩的作用。城门山铜矿经过几年的开采形成了南、北两个采区,南部的 7#矿体采区已经开采到了 -54m坑底境界,北部 15#矿体采区,最低一个台阶标高为 -34m,故,渠道网的建立主要在 15#矿体采区,将15#矿体采区内的水,疏导至 7#矿体采区 -54m台阶的固定泵站。然后通过三路管线排出采区。渠道网的建立首先是沿采场内非工作台阶的坡底挖掘主干渠,作为截、排水网络的主干线,主干渠的挖掘顺序是从最下一个工作台阶处的集水坑即固定排水泵站开始挖掘,沿着最下一个非工作帮由深到浅,一直挖掘到最上一个工作台阶,以确保主干渠内不会大量积水,使集水渠中的水能通过主干渠顺畅地排水至固定泵站。然后在每个工作台阶沿台阶推进线方向,每隔一个或者几个采掘带的宽度挖掘一条集水渠,与主干渠相通,这些水渠可以起到疏干矿岩的作用。这样采场内渠道网排水网络就基本建立起来了,采区内的地下水和大气降水都可以通过渠道网排水网络进入固定排水泵站,通过泵站排至地表废水库。

4.2.2 台阶推进过程中渠道网的扩展

含水矿岩就像吸了水的海绵体,从哪里切入哪里就会出水,在挖掘过程中,就会出水,不进行处理,就会浸泡工作面,使铲装作业效率降低甚至发生陷铲、陷车事故使得铲装作业无法进行。所以台阶的推进与集水渠的跟进是同步的,挖掘某一采掘带,出水后,要沿着台阶坡底线挖沟将水引入集水渠,为了保证运输车辆方便的进出工作面,在集水渠适当的位置,埋设铁管用以连通工作面和开拓运输道路并且保证集水渠能顺畅排水。集水渠的间距根据出水量的大小和排水顺畅情况来决定。水量大,则间距小,出水量小,间距则大。同时要保证在两条集水渠之间的矿岩上可进行正常的铲装作业。

5 结论

由此可见,水对露天矿山开采工作带来了困难,甚至危害,降低了采矿设备效率和使用寿命,影响矿山工程下降速度,破坏边坡和排土场坡面稳定性。为了保证矿床开采过程连续、顺利的进行,通过开辟湖区排土场阻隔了湖水进入矿坑的可能。通过疏堵结合的水治理措施,降低矿坑水对生产的影响。在疏堵系统建立起来之前,通过渠道网络的建立和扩展,解决了矿床疏干和采坑大气降水的截排。运用渠道网疏导水的方法和小台阶挖掘作业相结合,实现了采剥作业的顺利进行。

REFERENCES

[1] 潘峥.对城门山铜硫矿地下水治理研究的评述[J].有色金属矿山部分,1996,(6):30-31.

[2] 章晓波.江西铜业公司城门山铜矿起步规模填平补齐(1800/ d)可行性研究报告:2000,(10)[B].九江:城门山铜矿 (J-03 -01-19):14-16.

[3] 陈希廉.地质学[M].北京:冶金工业出版社,1999:213-215.

[4] 但新民.城门山铜矿湖泥注浆远景初探[J].有色冶金设计与研究,2001,22(4):1-2.

Influence ofWater to Open M in ing and ControlM easures

WANG Rui,YANG Guo-cai
(Jiangxi Copper Corporation Chengmenshan CopperMine,Jiujiang,Jiangxi,332100,China)

In this article,the influence of water to open mining process of Chengmenshan CopperMine is analysed,the importance of thewatermanagementwork in open-pitmine production is discussed and the treatmentprinciple andmeasuresofwater during the capital construction and production of Chengmenshan CopperMine are also introduced.It can provide water treatment process of open mining problems for reference.

open-mining process;influence;controlmeasures

book=19,ebook=117

TP74

B

1009-3842(2010)03-0019-03

2010-06-29

王瑞(1977-),男,陕西绥德人,南华大学矿物资源工程专业本科毕业,研究方向为采矿工程,Email:190299604@qq.com