某采场第四系边坡有组织汇水及自流降耗技术实践

曹跃进 张建宏

(1.马钢(集团)控股有限公司姑山矿业公司;2.马钢(集团)矿业有限责任公司)

姑山铁矿生产规模为100万t/a，开采深度为+8～-148 m,矿区面积为0.759 km2，经多年开采，姑山铁矿露天开采已结束，形成了东西长约1 100 m、南北宽约1 000 m的圆形露天坑，边帮驻留矿的回收工作在进行中。矿床保有资源主要集中于采坑西翼、-148 m 以下，为实现姑山铁矿资源综合利用及矿山生产顺利接续，开展露天转地下开采工程的基建工作。与此同时，为了消除露天采坑对周边环境的不利影响和安全隐患[1]，公司拟开展《姑山铁矿露天坑生态复垦技术研究》以实现露天采坑安全、高效排砂，为复垦创造条件。因此，虽然露天开采已结束，但边坡安全管理和采坑排水工作仍需长期开展。

1 工程概况

露天矿山生产期间，由于采剥位置经常变动，原有的各台阶汇、排水沟基本都是零散、局部和杂乱的，出水口处均是无组织自由散水随边坡流入坑底。而姑山露天采场边帮主要为第四系边坡，无组织自由散水在流入坑底的过程中，长期冲刷边坡，特别是每年汛期的地表径流、流域汇水对边坡构成较大危害，极易发生滑坡地质灾害。为此，按照800 m3/h(姑山露天采场150万t/a设计、姑山挂帮矿开采设计)水量计算，设计并实施一种边坡有组织汇水及自流降耗技术。

2 边坡汇水技术方案

由于姑山露天采场地质条件复杂，对于边坡台阶稳定、宽度足够等有条件的区域，采用钢筋混凝土明沟截排水；对于地质条件复杂、宽度不足的区域，采用管道截排水措施[2-5]。

将采场东部-58 m截水沟通过1级消能跌水槽汇入原排水系统。西南-58 m以上截水通过六级消能跌水槽有组织汇入-94～-106 m截水沟，通过小流域计算，扩宽、改造原截水沟，增大过水面积。将采场西侧400 m3/h有组织汇水通过导流明渠集中至-106 m台阶，再通过人工开挖的水沟，将上述渗水、北部渗水引入-130 m， 同时将挂帮矿-130 m 硐口400 m3/h出水2处汇水进入水箱后通过敷设的高分子管道引入-142 m泵池,减少排水设施投资,节能降耗。采场有组织汇水水沟及设施布置见图1。

按最大过水量800 m3/h计算，结构采用钢筋混凝土，坡度按3‰设置。上下台阶间用钢筋混凝土消能跌水槽沟通，消能跌水槽内底面按规格300 mm×200 mm(宽×高)设踏步构造进行消能，见图2、图3。台阶排水入口设钢筋混凝土沉淀、缓冲池。改造原采坑底部至-130 m采场高边坡，用内排土场土夹石再造约100 m台阶，台阶上宽3 m，下宽6 m，高约30 m，总方量约14 000 m3。在再造台阶上敷设2路φ400 mm×6 mm PE高分子管道,见图4、图5。在挂帮矿-130 m硐口出水通过2根钢管流入钢制水箱。-130 m硐口以上所有出水自流入现有采场-142 m水池，该水池主要功能是将整个采坑底部-178 m汇水提升至-70 m泵站，这样，可减少36 m 高差的动能损失。按每年700万m3汇水，减少电费约62万元/a。

图1 采场有组织汇水水沟总平面示意

图2 钢筋混凝土消能跌水槽

图3 钢筋混凝土水沟施工

图4 再造约100 m台阶

3 应用效果

目前，姑山采场西部、北部-106 m以上渗水及-130 m硐口汇水全部截流成功，彻底解决了地表及坡面汇水的自由散水对边坡冲刷安全隐患，减少坑底排水设施投资，减少二次排水电力能耗，符合国家节能环保政策。

图5 2路φ400 mm×6 mm PE高分子管道

4 结 语

通过纵向跌水槽实现消能沉淀池与横向截排水沟的串联，将本汇入坑底的水通过管道引入标高较高的固定泵站，形成有组织截排水系统，该项技术实施2 a来，顺利实现采场地表径流、边坡各台阶的零星渗水的截流工作，减小了排水设施投资，实现了节能降耗，为姑山采场下部矿石资源的回采及坑底处理做好准备；同时，控制了台阶渗水与地表径流水对边坡的冲刷幅度，降低了边坡塌方、滑坡等重大安全隐患的风险，安全效益、社会效益显著。