地下矿山防治水工作探讨

罗 准

(瓮福(集团) 有限责任公司,贵州 福泉 550508)

0 引言

矿山地貌类型相对来说是复杂的,周边的矿山开采情况,一般前期是采用空场法采矿。该文就矿山的水文地质情况和开采的具体情况进行探讨。

1 矿山基本情况

1.1 矿山水文地质基本情况

矿山地貌类型属构造剥蚀低中山,总体地形东高西低。矿区出露地层由老至新,依次为青白口系板溪群鹅家坳组,南华系南沱组,震旦系陡山沱组、灯影组,寒武系下统牛蹄塘组、明心寺组、金顶山组,第四系。上部震旦系上统灯影组中—厚层白云岩岩溶、岩溶裂隙含水层,是矿山主要的充水岩层。在此含水层之上,分布的寒武系下统牛蹄塘组、明心寺组和金顶山组总体为良好的上覆隔水层,构成了含水层与隔水层相间分布。

1.2 周边矿山开采情况

矿山前期采用空场法采矿,形成大量空区,造成部分地表区域塌陷。2015 年实施充填采矿法后,对已查明空区1 163 m 下部区域实施了充填,1 163 m 上部已垮塌空区无法实施充填,此区域存在部分空区未塌实,开采最低标高1 020 m。

矿山北侧与瓮安磷矿、磷化公司紧邻,采用空场采矿法开采,开采深度更深,最低开采标高为900 m。长期的空场法采矿,形成了较多的采空区,地表已经历多次塌陷,存在部分老空区未塌实情况,有老窑积水突水风险。

矿山南侧与穿岩洞矿紧邻,穿岩洞矿露天采矿最低开采标高972 m;露天开采最低标高以下为地采,穿岩洞地采基建系统全部位于东翼,开拓最低标高1 020 m,最低标高水自然排泄至矿山最低中段回采标高1 020 m 水仓。

2 矿区补给水调查及分析

2.1 矿区补给水调查分析

矿山水文地质勘探类型为以岩溶裂隙充水为主,顶板直接进水,属于中等偏简单水文地质类型。补给水来源有：①大气降水;②寒武系下统灯影组白云岩中的裂隙—溶洞水通过节理、裂隙渗入补给;③板溪群和明心寺组风化带裂隙水;④流经灯影组地层的溪沟水部分下渗。

2.2 井下涌水及抽排水调查分析

穿岩洞地采基建辅助斜坡道和1 020 顶板大巷汇集的水通过边沟自流到4#临时水仓。1 020～960斜坡道改道后的掘进工作面涌水抽到封堵挡墙临时水仓,连同封堵挡墙处的涌水一起抽到1 006 皮带巷临时水仓,再从1 006 皮带巷临时水仓抽到4#临时水仓。1 020 总回风巷道汇集的水通过边沟自流到1 020 3#临时水仓,再从3#临时水仓抽到2#临时水仓,再从2#临时水仓抽至1 020 底板运输巷道边沟,自流至1#临时水仓,沉淀后自流至1 020 中段水仓。穿岩洞地采项目的主要涌水由1 020 的2#水仓2 台泵和4#水仓的3 台泵将水抽到1 020 的1#水仓,沉淀后自流到该矿山1 020 中段水仓,然后阶段性抽排至1 080 中段水仓、1 116 主平硐水仓,自流至地表矿井水回收站,后抽至穿岩洞生产高位水池、穿岩洞1 212 水处理站和大信生产高位水池处理循环使用,见图1。

图1 水流向示意图Fig.1 Schematic diagram of water flow

3 矿山涌水量统计及预测

3.1 采用比拟法估算矿井涌水量

3.1.1 预算块段

根据采掘现状,2019 年最低涌水标高为1 020 m,故该次采用1 020 m 作为涌水量估算中段。

3.1.2 矿床水文地质概念模型建立

由于水文地质条件简单,采用比拟法对1 020 m 中段涌水量值进行估算。

3.1.3 计算公式Q=Q1[S (F÷F1) 0.5÷S1] 0.5

式中：

Q—预测矿井涌水量(m3/d);

S—未来开采区地下水位降深(m);

F—未来开采形成的采空区面积(m2);

Q1—矿井实测涌水量(m3/d);

S1—矿井地下水水位降深(m);

F1—采空区面积(m2)。

3.1.4 计算参数的确定

(1) 矿井实测涌水量(Q1,见表1)：所收集的排水数据,最大涌水量1 520 m3/d、正常涌水量735 m3/d。

表1 实测1 020 中段各断面涌水量统计表Tab.1 Measured water inflow statistics of each section in the middle section of 1020

(2) 采空区面积 (F1)：采空区投影面积约64 458 m2。

(3) 矿井地下水水位降深(S1)：根据原勘探资料分析,矿区平均静水位标高约为1 175 m,2019 年最低开采标高为1 020 m,则引起的地下水位平均降深为155 m。

(4) 未来计划开采形成的采空区面积(F)：根据开采计划,在涌水量估算图中读出F=190 319 m2。

(5) 未来开采区地下水位降深(S)：根据原勘探资料分析,矿区平均静水位标高约为1 175 m,未来计划最低开采标高仍为1 020 m,则引起的地下水位平均降深为155 m。

3.1.5 计算结果见表2。

表2 比拟法涌水量计算结果表Tab.2 Table of calculation results of water inflow by analogy method

3.2 实际涌水量验证比拟法计算

采用2019 年1 月至12 月涌水量与掘进面积统计量,与比拟法计算结果对比,见表3。

表3 2019 年1 月至12 月涌水量与比拟法相互验证结果表Tab.3 Table of results of mutual verification between water inflow and the analogy method from January to December 2019

通过相互验证后,证明比拟法预测涌水量有效,预计2020 年形成掘进揭露面积为26 万m2,推测估算1 020 中段2 月抽排水量最小为6 万m3,9 月抽排水量最大为10 万m3,2020 年总抽排水量为72 万m3。

4 防治水工作建议

结合矿山实际情况对矿山防治水工作提出几点建议：

(1) 矿山防治水应完善露天防洪疏堵工程,定期对工程进行检查,加大对地表汇水的引流,及时做到有堵必疏、有漏必补,减少汇水进入采空区,确保地表防洪措施高效运行。

(2) 矿山应定期对地面塌陷、裂缝等填堵情况进行检查,应重新填堵并使夯实裂缝,防止直接采场充水。

(3) 矿山应对矿井主要出露点进行长期观测,掌握巷道出水的具体有效值,研判井下出水通道情况。

(4) 矿山应做好有效抽水设备经常性检查,同时完善淹井事故应急预案,并进行定期演练。

(5) 矿山在新掘进巷道前,应按“物探先行、钻探验证、先探后掘”的要求,做好掘进工作面的探放水工作。

(6) 矿山应在穿岩洞地采项目临时水仓增设备用泵,作为应急排水。同时加大对各临时水仓的清理和各阶段水泵的检查及维修保养,确保应急时抽排能力达到最大。

(7) 矿山应在穿岩洞地采项目主要涌水点附近,设置封堵用防洪沙袋及配套防洪物资,及时保障井下堵水物资供应。

5 结语

(1) 通过比拟法估算及实际数据对比验证,确定矿山涌水量采用比拟法计算较为准确。

(2) 通过数据分析及现场实测,确定了主要涌水点,提出了7 点防治水工作建议。

(3) 该论文的工作方法为防治水工作管理的典范,可以推广到各矿山防治水工作中。