新庄铜铅锌矿Ⅱ矿带防治水探讨

刘黔峰

(锡矿山闪星锑业有限责任公司, 湖南冷水江市 417502)

新庄铜铅锌矿Ⅱ矿带防治水探讨

刘黔峰

(锡矿山闪星锑业有限责任公司, 湖南冷水江市 417502)

通过对新庄铜铅锌矿Ⅱ矿带水文地质条件的分析,确定了采用帷幕注浆防治水的方案,并对注浆材料选择进行了探讨,对注浆孔孔距进行了理论计算。

水文地质;防治水;帷幕注浆;新庄铜铅锌矿

1 概 况

新庄铜铅锌矿位于江西宜丰县新庄镇境内,矿区位于白垩纪红色盆地的北部边缘与石炭、二迭系灰岩的结合处,区内地势平坦低洼(地表标高+52 m),为区域地表水和地下水的汇流地。区内矿体埋藏于侵蚀基准面以下,是一个隐伏岩溶型矿床,黄龙组-船山组灰岩及第三系南雄组底砾岩岩溶发育,富水性强,为矿体直接充水顶板含水层。矿区水文地质条件属复杂类型。根据地质报告估算该矿山地下水涌水量为35300m3/d。

2 Ⅱ矿带的水文地质条件

2.1 概 述

新庄铜铅锌矿划分为4个矿带,Ⅰ矿带产于主岩枝外侧,主要为氧化矿,水文地质条件极复杂,在可行性研究中未列入开采计划,Ⅲ、Ⅳ矿带产于火成岩中,四周均为隔水体,水文地质条件简单,仅局部地段在顶部与K2n含水层接触,需要预留防水矿柱。Ⅱ矿带产于主岩枝内侧,Ⅱ矿带的矿石量占全矿井的77%,金属量占全矿井的88%,为主要开采矿带,所以须对Ⅱ矿带进行防治水设计。

2.2 主岩枝的阻水性与完整性

Ⅱ矿带水文地质条件复杂程度完全取决于主岩枝的阻水性,因为有主岩枝的存在,才有可能开发Ⅱ矿带。主岩枝的阻水性主要取决于主岩枝的完整性。

主岩枝总体呈东西走向,倾向北,在4线偏东至23线偏西之间,现有钻孔资料表明主岩枝是闭合的,是连续完整的,但有一些勘探钻孔穿过了主岩枝,而且在主岩枝段没有进行封闭。在23线及23线以东主岩枝顶部出现缺口,在4线及4线以西主岩枝未闭合。主岩枝完整情况见表1。

表1 主岩枝完整情况

从主岩枝外侧C2h-C2c的岩溶发育的差异性来看,主岩枝具有阻水作用。由于中间有未封孔导水,东部主岩枝有缺口,西部主岩枝呈开口状,所以主岩枝内外侧C2h-C2c含水层有完全的水力联系。矿山现在1、2、3中段施工的8条通往Ⅱ矿带的穿脉都遇水,充分说明内外侧C2h-C2c含水层是有完全的水力联系的。主岩枝内外侧C2h-C2c岩溶发育差异性对照情况见表2。

表2 主岩枝内外侧C2h-C2c岩溶发育差异性对照

2.3 矿坑涌水量估算

中部未封钻孔漏水按每孔30t/h的经验值估算,共17个未封钻孔总漏水量为510t/h。东部缺口进水采用勘探报告中的计算结果,西部开口进水参照东部计算。矿坑涌水量估算结果见表3。

2.4 Ⅱ矿带的水文地质问题

Ⅱ矿带在今后开采过程中如不采取有效的防治水措施,将会产生以下水文地质方面的问题:

表3 矿坑涌水量估算结果

(1)矿坑涌水量大,估计五中段矿坑涌水量将达1056～1576t/h;

(2)坑内突水,井巷工程遇溶洞或遇未封钻孔将可能产生突水,突水量可大于10万t/h,将可能造成淹井等严重事故;

(3)地表塌陷,直接疏排可能导致大量地表塌陷,地质报告预测可能塌陷区面积达900×103m2,可能塌穿公路、村庄,一旦塌穿河流导致河水倒灌,将可能导致淹井,其后果严重。

3 Ⅱ矿带的治水方案设计

Ⅱ矿带采用帷幕注浆堵水来进行治水。岩溶含水层帷幕注浆堵水率一般为50%～60%,矿山帷幕注浆主要有以下3个方面的作用:一是减少50%～60%的涌水量;二是减少帷幕外地下水位下降幅度,减少地表塌陷的可能性;三是在洪水期阻挡帷幕外地下水涌入矿坑,防止淹井。

3.1 帷幕幕址选择

选择在23线和4线构筑两道H型帷幕,可分解成23线、CD段、4线、AB段共4段,其中23线和CD段构成东部L1帷幕。4线与AB段构成西部L2帷幕。

3.2 帷幕注浆工艺设计

3.2.1 注浆材料选择

根据新庄矿内C2h-C2c岩溶率低,过水通道以微岩溶与裂隙为主的特点,设计选择以水泥浆粘土浆液为主,纯水泥浆为辅。水泥粘土浆液应进行现场试验,浆液配比应根据试验结果、钻孔注水率,钻孔注浆过程中注浆压力和注浆的实际情况而定。

3.2.2 注浆孔孔距

应用马洛(Maog)公式计算扩散半径,其公式如下:

式中:R——扩散半径,cm;

r1——土壤渗透系数,cm/s;

C——水的粘度,cP;

C1——粘液的粘度,cP;

h——注浆压力,cmH2O;

t——浆液的凝结时间,s;

n——土壤孔隙率,%。

孔间距L和帷幕厚度E、有效护散半径R三者的几何关系如下所示:

以已知的R和E代入公式,便可求得L。但为了使浆液交圈形成帷幕又符合经济要求,L尚应满足下列经验公式:

式中:A——孔间距系数,A取1.3～1.6。

设计按10m理论间距单排布置孔,实际施工过程中钻孔应分序布置,第一序钻孔间距结合孔间物探透视的最佳效果间距布置,按20m的间距布置。第二序钻孔间距应根据物探透视结果来布置。第二序钻孔采用导斜孔能达到目的,应尽量采用导斜孔。

4 Ⅱ矿带地下水的防治措施

Ⅱ矿带地下水的防治的总体原则是:先堵后疏,减少矿坑涌水量,防止地表产生塌陷。具体从以下几方面着手:

(1)对4-23线间主岩枝中未封孔的钻孔进行补封;

(2)东部在23线构筑L型注浆帷幕堵水;

(3)西部在4线构筑L型帷幕注浆堵水;

(4)在完成钻孔补封和帷幕注浆堵水后,第一期选择在-224m或-264m水平进行疏干放水;

(5)在采矿施工中采取措施保护主岩枝,保护帷幕和保护5线弱透水性大理岩;

(6)建立地下水观测系统。

[1]采矿手册编辑委会.采矿手册(第6卷)[M].北京:冶金工业出版社,1999.

[2]陈希廉.地质学(矿坑水的防治)[M].北京:冶金工业出版社,1999.

[3]张国涛.新编矿山采矿设计手册(井巷工程卷)[M].徐州:中国矿业大学出版社,2006.

[4]博德恩雅.长注浆帷幕最优参数计算[J].采矿技术,1985,(2).

[5]祝世平.大红山矿帷幕注浆工程实践及治水效果[A].金属矿采矿科学技术前沿论坛论文集[C].矿业研究与开发,2006,(S):91～94.

2010-01-14)

刘黔峰(1970-),男,湖南隆回人,采矿工程师,主要从事矿山采矿技术管理与研究工作,Email:lqf19700310@yahoo.cn。