铜绿山矿露天南坑防治水分析

李红利

(大冶有色金属有限责任公司铜绿山矿)



铜绿山矿露天南坑防治水分析

李红利

(大冶有色金属有限责任公司铜绿山矿)

根据铜绿山矿防治水现状和多年的治理经验，对露天南坑透水地质、透水因素进行了分析，从矿山生产实际出发，制定防治水措施，实施后防治水效果显著，保证了矿山井下安全生产。

露天坑透水分析防治水

铜绿山铜铁矿为露天地下联合开采，原设计规模为4 000t/d，其中露天、井下各为2 000t/d，露天分南北采区并分期开采、井下从-65m中段开始分期开采。

铜绿山矿露天开采于1965年开始，1985年开始二期工程。2005年10月，南露天采至-197m坑底，经坑底回采和胶结充填封底后，作为北露天坑排土场全面回填。2007年北露天矿停产。

铜绿山矿井下一期开采-185m中段以上，于上世纪80年代末结束，二期工程1998年投产，设计开采-245，-305，-365m3个中段，目前-365m中段现已进入开采后期。三期工程建设已于2005年开始，设计开采到-725m中段，-425m中段开拓完成，-485m中段开拓大部完成。邻近新勘探出的Ⅷ矿体采用混合井开拓， 2014年底建成投产，开拓系统独立运行，与现有系统多个中段连通。目前井下主要生产区在-305，-365，-425，-485，-725m中段，一期～三期主要回采Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅺ#矿体。

2013年，Ⅰ#矿体残矿在-234m水平探矿坑道放炮后，探矿巷道发生突水，新增涌水量约2 007m3/h，露采南坑1万多m3在3h左右进入井下，在南坑出现3个落水洞及塌陷坑。

铜绿山为水文地质条件复杂的矿山，历年均重视防治水工作，兴建了一系列防排水设施，经受了几次大水考验，特别是2013年南坑发生的透水，保障了矿山安全生产，但也暴露出一些不足，需要对矿山防治水工作投入更多的力量，保证矿山安全生产。

1　露天南坑透水

南坑透水是因Ⅰ#矿体残矿开采，在-234m水平探矿坑道放炮后，爆通矿体周边的破碎含水带引发的。水下泄后，在南坑出现了3个落水洞，其中2个在南坑南端，下部为民采区，另一个在南坑存水区东部排土边坡坡脚，下部流向不明。后南坑排土场南边坡出现一个塌陷坑，井下采场未垮落，-185m中段及上部天井、联络巷完好，涌水也未见异常。

在透水最初的37.5h，涌水量达97 562m3，平均涌水量2 602m3/h；最初61.5h涌水量达123 442m3，平均涌水量2 007m3/h。

透水初期水较清，后来较浑浊，带出来的泥砂量总体不是很大，未体现出南坑流失的泥砂量，说明有大量的泥砂沉积在未知的空区中，形成潜在威胁。

2　水文地质条件

露天坑周边地表均为透水性很弱的亚黏土及风化岩浆岩，岩溶地下水直接接受降水，补给条件欠佳，自裸露区进入本区后向北运移，遇岩浆岩体后主要在曹家湾至小青曹段的青山河地带以泉或“冷浸田”、沼泽等集中或分散流形式泄出地表，为区域地下水的径流排泄区。

大理岩岩溶含水层两侧受北西向的岩浆岩接触带和北北东向F2断层夹持，地下水由南往北运移，南北水位高差达17.80m。曹家湾至小青曹一带的排泄区为大理岩第四系覆盖地段，呈北北东或南北向展布，该地段在地貌上为河床两侧的低洼地带，也有利于地下水的汇集和排泄。

矿床开采后，随着地下水动力条件的急剧改变，首先表现为泉断流、“冷浸田”和沼泽干枯，然后地表产生大量开裂和塌陷，使降水下渗和地表水沿塌陷倒灌，成为岩溶地下水的一个重要补给区。该补给区临近矿坑，塌陷未经回填等处理时，青山河水最大灌入量可达6.44万m3/d，成为左右矿坑排水量的一个主要因素。

南部三叠系下统大冶组上部大理岩岩溶含水层(T1-2j)基本上为一相对封闭的储水构造，但其规模不大，南北长4～5km，面积近13km2，其中裸露部分仅2km2。随着矿床开采的加深，地下水降落漏斗不断扩展，区域岩溶地下水对矿坑充水日趋减少。

2.1透水点所处含水层

(1)构造破碎带裂隙含水体。走向北北东向的Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#矿体的顶底板或中部破碎带，坑道总涌水量0.6～12.23L/s。

(2)三叠系中下统嘉陵江组大理岩裂隙溶洞含水层(强岩溶发育带)。含水介质以溶洞为主，次为溶蚀裂隙。含水层北薄南厚，北部厚5.69～29.80m，南部钻孔揭露厚度可达294.08m，全矿区平均厚70.52m。水力性质以承压为主，富水性和渗透性强，坑道掘进到此层如遇溶洞或裂隙，常发生透水或涌水，涌水量一般在0.68～10.13L/s，最大流量可达845L/s。钻孔抽水量0.345～2.819L/(s·m)，渗透系数0.594 1～9.146 9m/昼夜。

2.2水文地质边界条件

铜绿山矿床为“半岛”状分布的大理岩，其北、东、西三侧为岩浆岩所包围。岩浆岩与大理岩水力性质相差悬殊，岩浆岩起到相对隔水作用。故铜绿山矿床属于北、东、西三面隔水，向南西方向敝开的“门框”式水文地质边界条件。

3　透水因素分析

矿床开采排水后，在青山河形成的大量塌陷，破坏了基岩上覆黏土、亚黏土和亚黏土夹碎石层的完整性，为地表水与地下水的联系提供了良好的通道。青山河谷区地表水通过岩溶区、或被破坏的南露天注浆帷幕，进入探矿巷道。

周边地表水通过岩溶、构造断层裂隙进入井下,露采坑积水全部下渗。

大气降水通过地表径流汇入民采矿井、民采矿井沟通地表水或富水岩层，再进入探矿巷道。

4　露天南坑水的治理

4.1露天南坑水治理方案

为防止特大暴雨造成井下涌水过大，在露天南坑内设注浆帷幕和修建水仓及配套设施。采用平面上呈封闭式、剖面上属半封闭式的帷幕布置型式，幕底接相对弱含水层。

露天坑内大理岩岩带宽450m，首期帷幕线注浆长度120m，封堵井下出水处断层破碎带，如达到了堵水效果，则不再施工后期注浆帷幕工程；如未达到预期效果，则完成全部注浆帷幕工程，在平面上采取封闭式注浆防渗帷幕，全帷幕线注浆长度450m。

4.2露天南坑治水方案实施

修筑南坑水仓。对南坑淤泥区进行抛石挤淤，并对坑底适度碾压填实后，平整、清理坑底，将南坑水仓底最低处控制在-110m，远离泵船处，运输块石、淤泥道路碾压为坝体。南坑水仓作为南北露采坑大气降水排出的主要设施，恢复南坑原有排水设备设施。

为了保证工程质量，明确钻孔、注浆等有关技术要求，落实人员及管理机构，制定了工期、质量、安全、环保及文明生产等保证措施。按设计及规范要求施工，防治水工序为：测量放孔→钻探施工→测斜→洗孔→压水试验→注浆→封孔。

4.3露天南坑水治理效果

首期帷幕注浆后，井下-245m平巷涌水量较施工前减少约1 800m3/d，-305m平巷涌水量较施工前减少约1 000m3/d，地表南坑水仓能有效的储水，南坑地表水进入井下的连接通道得到了有效的封堵，效果显著。

5　结　语

露天南坑首期帷幕注浆施工，取得了一定的堵水效果，降低了排水费用，确保了矿山安全生产。

该矿区水文地质条件复杂，本次帷幕注浆施工了首期工程，揭露的溶洞较少，但其余帷幕段的岩溶裂隙发育情况仍然未知，对岩溶裂隙的揭露不一定全面，岩溶裂隙不一定能全部注到浆。建议在今后矿山开采过程中应先探水，如揭露和发现涌水量大，可采用在采坑(巷道)内局部预注浆处理；坑(井下)内排水设施应严格按照《冶金地下矿山安全规程》配备足够的排水设备能力；加强坑(巷道)内排水和地表水文观测孔的观测及地表和尾矿库的塌陷监测工作，及时进行水文资料整理，随时掌握帷幕的营运和幕外地下水位的变化情况，发现问题及时采取措施，避免留下隐患。同时应加强对帷幕的保护工作，靠近帷幕附近严禁放炮，避免幕体震裂，破坏幕体截流止水效果。

2016-03-14)

李红利(1980—)，男，助理工程师，435100 湖北省黄石市。