新余市观巢林场铅锌矿废弃平硐封井回填技术分析

张佳运，牛润瀚，罗 威

新余市观巢林场铅锌矿位于新余市350°方位、直距约8公里处，渝水区观巢镇林场内，于上世纪九十年代进行矿山开采活动，2008年关停，主要开采铅矿、锌矿等。矿山关闭后的废弃平硐涌水量较大，水中的锌、铅和pH均超出《污水综合排放标准》（GB8978-1996）标准值，矿硐涌水直接流入孔目江，且硐口距新余市第四水厂二级保护区较近，对第四水厂构成较大威胁，急需开展封井回填工作。

1 矿区地质概况

1.1 地层

主要地层为泥盆系，沿沟谷和缓坡地段有第四系零星分布。

（1）泥盆系上统佘田桥组（D3s1- D3s2）

分布于矿区南缘，D3s1厚约60m，下部为灰白色、紫红色中粗粒含云母石英砂岩，夹灰白色细砂岩，以中粗粒及含较多云母为特征，上部为灰绿色、灰白色、中细粒中厚层状石英砂岩，夹薄层状砂质页岩；D3s2厚约47m，岩性为灰白色、浅紫红色、灰绿色钙质粘土岩、页岩、钙质粉砂岩，中下部夹0.5-1.2m花斑状、缅状、豆状赤铁矿层。

（2）泥盆系上统锡矿山组（D3x1- D3x3）

D3x1分布于矿区中部和南部，是泥岩一细碎屑岩型铅锌银矿床的赋矿层位，厚约97m，岩性为浅灰绿、紫红色石英砂岩、粉砂岩、细砂岩、黑色炭质页岩、含锰粉砂岩、泥岩、灰岩。

D3x2分布于矿区中部，厚约60m，岩性为灰白、浅灰色厚层状石英砂岩、石英砂岩、石英细砂岩、粉砂岩。

D3x3分布矿区北部，厚大于110m，岩性为浅灰黑、紫杂色页岩、粉砂岩，层间夹有似眼球状（20×10cm或者10×5cm）钙质粉砂岩。

（3）第四系全新统（Q4）

分布于矿区东北部，为残坡积层及冲积层，由粘土、亚粘土及碎石组成。

1.2 构造

矿区构造主要有断裂和节理构造。

1.2.1 断裂构造

矿区断裂构造发育，按其产状划分主要有NE、EW、NW、SN向四组，以NE和EW向断裂为主。

（1）EW向断裂

EW向断裂主要有F1，F1是港背断裂带一部分，为矿区主干断裂，西起131线、往东延伸出矿区，在矿区出露长近600m，宽0.45-12m，为成矿前张性正断层，走向东西、倾向北、倾角65°-75°，斜断距80-110m，断裂带受后期构造热液活动影响，充填含Au、Ag成矿溶液，成为矿区破碎带蚀变岩型金矿的控矿容矿构造。

（2）NW和SN向断裂

NW向断裂主要有：F2、F5。

SN向断裂主要有：F22。

（3）NE向断裂

主要有 ：F7、Fu、F4。

矿区主要断层的特征：

①F3：走向70°，倾向E，断层性质为逆掩断层，规模长160m，主要依据为D3s2覆盖D3x1。

②F2：走向300°，倾向SW，断层性质为正断层，规模长300m，主要依据为D3s2于D3x1走向接触。

③F5：走向290°，倾向NE，断层性质为横断层，规模长200m，主要依据为D3s2于D3x1接触。

④F10：走向280°，倾向N，倾角65°，断层性质为正断层，规模长230m，主要依据为D3x1中断裂。

⑤F11：走向50°，倾向NW，断层性质为正断层，规模长210m，主要依据为D3s2于D3x1接触。

⑥F14：走向60°，倾向NW，倾角67°，断层性质为正断层，规模长100m，主要依据为D3s2于D3x1接触。

⑦F17：走向65°，倾向NW，倾角85°，断层性质为正断层，规模长240m，主要依据为D3x1中断裂。

⑧F22：走向350°，倾向E，断层性质为正断层，规模长270m，主要依据为D3s2于D3x1接触。

⑨F28：走向45°，倾向NW，断层性质为横断层，规模长560m，主要依据为D3s1、D3s2、D3x1走向接触。

1.2.2 节理

矿区节理发育，根据节理统计，矿区节理可分为三组：第一组，走向东西，倾向南为主，倾角55°-85。第二组，走向北西，倾向北东或南西，倾角38°-85°。第三组，走向NE，倾向北西为主，倾角45°-80°。从节理的产状要素可以看出，节理与矿区构造主应力发育方向一致。其中第一、二组较为发育，并多被后期成矿热液所充填。

1.3 岩浆岩

矿区岩浆活动不甚强烈，仅矿区南东有花岗闪长斑岩脉出露。

1.4 水文地质条件

观巢林场铅锌矿所在区域属低山—丘陵地貌，南、东、西三面隆起，北面地势平缓开阔，构成一个相对独立的水文地质单元，周边地势最高点为仰天岗海拔414m，北面是项目区水系的排泄口，海拔85m，最大相对高差311m，山形较陡峻，坡度一般均在20—40°之间，区内地表水、地下水排泄条件良好。

矿区为剥蚀较强烈的低山丘陵地貌，周边山岭相连，形成北面开口的簸箕状地貌，构成一个独立水文地质单元，矿区地表水体主要是溪流汇集而成的小河流，流量大小决定于溪流流量大小，溪流主要由大气降水或第四系松散层和基岩风化层中的暂时性蓄水补给。由于矿区汇水面积小，岩石透水性弱，地形较陡峻，排泄条件好，故春夏雨季溪流流量较大，秋冬干旱季节，溪流量甚小，大部分小溪出现断流。区内地表水系为沿山势走向的溪流，汇聚至孔目江，流量受季节降水控制，每年4-7月雨季流量大，11月—翌年2月旱季流量较小，大部分溪流在旱季枯竭断流。

矿区主要分布有第四系孔隙含水层，基岩风化带含水层和基岩构造裂隙含水层（带）三种类型。第四系孔隙含水层主要分布于河、溪两侧及洪积扇和山麓地带，厚度小，埋藏浅，透水性好，受降水补给快，水位变化大，均以泉水出露地表或侧向补给河、溪。基岩风化带含水层是矿区主要含水层，分布较广，厚度变化大，据矿区17个钻孔资料统计，其厚度在3.63-34.32m不等，平均厚度15.17m，地下水主要赋存于强烈风化带中，该含水层是构造含水层（带）的主要补给源，也是未来矿坑充水主要因素之一。基岩构造裂隙含水层（带），是微弱含水岩层受构造影响，在局部地段形成一定规模的构造含水带，与上部风化带含水层无明显界线，其水力联系非常密切，浅层地下水通过断层破碎带及裂隙进入坑道。该含水层（带）将是深部矿坑充水的主要水源。

未经风化和构造破坏较弱而裂隙不发育的基岩，岩性组合为粉砂岩与泥页岩互层，基本上不透水或弱透水，透水性极差，钻孔简易水文观测资料中大部分钻孔均返水或吸水量极小，形成相对隔水层。

观巢林场铅锌矿区大部分岩石坚硬致密，含水性微弱，透水性差。第四系松散层沿沟谷带状断续零星分布，厚度1—4m，不能构成较大的含水层。区内无较大地表水体和较大导水、含水构造，大气降水是矿坑充水的主要来源。

矿区地表水和地下水均由大气降水补给，由于基岩地下水位均高于附近地表水系，即总体是地下水向地表水补给，但雨季河、溪暴涨水位抬高，形成地表水补给第四系潜水层或风化带含水层，故地表水与各类地下水水力联系密切，开采后地下水位受人为破坏，地表水更有可能补给地下水，形成一种互补条件。

由于地表水排泄条件好，不利于地下水积聚，而且基岩透水性较弱，地下水接受大气降水补给能力较差，其径流量亦小，地下水通过浅部含水层由高处向低处径流，最终以泉的形式排泄地表。

矿区属透水性较差地区，基岩风化带及基岩裂隙含水层（带）富水性差；第四系松散孔隙含水层在矿区分布较少，未形成一定规模含水层，且富水性较弱，泉水流量均小于1升/秒，多以间歇性下降泉形式出露，地表水由于补给范围较小，水量仅可满足日处理≤300吨矿石量的中小型矿山生产规模，至于矿山生产发展规模＞300吨日处理量或遇干旱年月，生产生活供水水源有待孔目河解决。

综上所述，项目区水文地质条件属简单类型。

1.5 工程地质条件

泥岩-细碎屑岩型铅锌银矿床，矿体厚2-3m，矿石为块状黄铁矿、方铅矿、闪锌矿矿石，矿石比较坚硬，具可采性。矿层被断层破坏不大，一般断层落差仅有1m。矿层底板为坚硬灰白色石英砂岩，是采矿有利条件。但矿层产状平缓（倾角10°-25°），而且是隐伏矿床，矿层顶板为松软遇水后坚固性极差的含细晶状黄关矿碳质泥页岩和钙质粉砂岩，不稳固，易崩垮，需支护，是采矿不利条件。

破碎带蚀变岩型金矿，呈陡倾斜（倾角60°-75°），对开采有利，但矿带破碎厉害，裂隙水发育，而且上盘有0.5-1.0m白色、灰色断层泥，比较易滑崩，构成开采不利因素。

泥岩—细碎屑岩型铅锌银矿体的含矿地质体为含砾石英砂岩，单轴抗压强度61.4—127.6MPa之间，属半坚硬、坚硬岩石。矿体顶板围岩与矿体大多数为同一岩石类型，有一致的力学性质。糜棱岩化砂质千枚岩，单轴抗压强度65.0—75.0Mpa之间，亦属半坚硬、坚硬岩石；矿体底板千枚状板岩及粉砂岩、石英砂岩离矿体较远，为矿体间接顶板围岩，单轴抗压强度为70.0—90.0Mpa之间，属坚硬岩石。从岩石力学性质测试结果可以看出矿床及其底板岩体属半坚硬型。

1.6 环境地质条件

矿区地处低山-丘陵过渡地带，属构造剥蚀地貌区，山坡坡度一般在20°～40°之间，坡度较平缓，局部在抗风化强的岩性地段，形成小陡坎；自然沟谷中未发现滑坡、坍塌等现象。区内植被发育，地表水逐流途径较短，不易形成泥石流等地质灾害。综上所述，本区在自然条件下，不具发生地质灾害的隐患，自然环境地质条件较好。

未来矿山开采过程中矿渣堆积、选矿尾砂堆积以及选矿废水的排放对本区自然环境有一定的影响。

2 平硐概况

2.1 平硐PD1

PD1硐口结构较为完整，走向225°，硐口未封闭，井筒未充填，平硐未治理，井壁质量差，易发生塌陷，存在严重的安全隐患。平硐涌水量大，水中铅、锌、pH等因子超标，对环境危害较大。

2.2 平硐PD2

PD2硐口结构较破碎，走向135°，硐口仅进行了简单处理，井筒未充填，平硐未治理，井壁质量差，易发生塌陷，存在严重的安全隐患。平硐涌水量大，水中铅、锌、pH等元素超标，对环境危害较大。

3 平硐回填方案推荐

3.1 临时支护封井回填

（1）清理通风。用泥浆泵将硐子底部的污泥抽出，以满足施工条件。在离井口20m距离处分别安装2×30KW局扇2台，且保证实现双风机双电源供电，且能实现自动切换。

（2）临时支护。为保障施工安全，需要对巷道进行临时支护，每个巷道支护长度22m，按4m的间距和3m的高度支护2列，共需20cm杉树10m3。

（3）平硐封井回填。针对平硐，距离井口22.0m处砌筑混凝土墙，采样用C30砼砌筑灌封，砌筑厚度1m，距离井口21～1m之间采用黄泥或黏土材料填充夯实，压实系数不小于0.94，距离井口约1m处砌筑混凝土墙，采样用C30砼砌筑灌封，砌筑厚度1m，其中砼砌筑采用双层网格状钢筋骨架，骨架嵌入岩体内0.5m，钢筋间距为0.2cm，混凝土标号为C30，每层16mm钢筋网需钢筋67.5m，共4层，钢筋1.58kg/m，共0.43t。

3.2 钻探帷幕注浆

（1）物探确定硐子走向和施工位置。施工前通过物探方法确定硐子走向，设计高密度电法测线长200.0m，并通过试钻验证隧洞位置，试钻深度约23.0m，确定钢管桩和浇筑孔的位置。

（2）砌筑混凝土墙。距离井口22.0m处，采用地质钻机钻进，开孔Φ150，打穿底板下1.0m长，下Φ146套管，单个孔深约25.5m（揭露硐顶22.0m，平硐高2.5m，嵌入底板1.0m；钢管内灌注C30细石混凝土，形成钢管桩，钢管桩垂直隧洞轴线梅花形布置，共13个孔，外间距大于11cm。按上述施工工艺在距离井口1.0m处，砌筑第二道混凝土墙，共13个孔，单个孔深约0.5m。

（3）浇筑混凝土支挡体。在两排钢管桩内侧约0.5m处在隧洞顶板上分别布置3个混凝土浇筑孔，亦采用地质钻机钻进，可以采用泥浆护壁，开孔Φ171，钻穿隧洞顶板即可，深度约21.0m和1.0m，然后下套管，再通过套管灌注C30混凝土，混凝土灌注量约，13.2m3，要求混凝土坍落度60mm～100mm，卵石骨料、粒径不大于40mm，酌情添加早强剂，同时有缓凝措施，准备充足的混凝土量。开始浇灌时要求管口离隧润底板50cm左右，估计混凝土的上升速度而反复拔插套管，并逐渐提高套管，有条件时在相邻孔放下振捣棒进行振捣，最后将上述了个钻孔全部采用混凝土封堵。

（4）距离井口21～1m之间，沿着隧道走向中心线每隔2m布置1个注浆孔，共10个注浆孔，孔深共约110.0m，亦采用地质钻机钻进，可以采用泥浆护壁，开孔Φ171，钻穿隧洞顶板即可，然后下套管，再通过套管灌注帷幕浆液。单个硐子帷幕注浆钻探总工作量 ：23×2+25.5×13+21×3+4.5×13+1×3+110=612.0m。

帷幕浆液选择改性黏土浆液，其可注性、稳定性、抗渗性、防蚀性、耐久性较好，比水泥浆结石更加致密均匀。

黏浆液部分性能：

①水泥：黏土：水配比为1:4:6，外加剂3%，结石率100%，混合浆比重1.31，初凝时间7时42分，塑性强度1天1.47、2天3.3、3天＞3.3，28天抗压强度0.02MPa。

②水泥：黏土：水配比为1:5:7，外加剂3%，结石率100%，混合浆比重1.312，初凝时间7时47分，塑性强度1天0.83、2天0.73、3天＞3.3，28天抗压强度0.18MPa。

③水泥：黏土：水配比为1:5:6，外加剂3%，结石率100%，混合浆比重1.345，初凝时间7时36分，塑性强度1天0.37、2天1.47、3天＞3.3，28天抗压强度0.02MPa。

④水泥：黏土：水配比为1:4:5，外加剂2%，结石率100%，混合浆比重1.36，初凝时间7时26分，塑性强度1天1.47、2天3.3、3天＞3.3，28天抗压强度0.14MPa。

⑤水泥：黏土：水配比为1:4:5，外加剂2%，结石率100%，混合浆比重1.36，初凝时间7时26分，塑性强度1天1.47、2天3.3、3天＞3.3，28天抗压强度0.14MPa。

⑥水泥：黏土：水配比为1:4:5，外加剂3%，结石率100%，混合浆比重1.365，初凝时间7时15分，塑性强度1天0.37、2天3.3、3天＞3.3，28天抗压强度0.15MPa。

⑦水泥：黏土：水配比为1:3:4，外加剂2%，结石率100%，混合浆比重1.345，初凝时间7时20分，塑性强度1天3.3、2天3.3、3天＞3.3，28天抗压强度0.06MPa。

⑧水泥：黏土：水配比为1:2:3，外加剂2%，结石率100%，混合浆比重1.375，初凝时间7时47分，塑性强度1天0.8、2天1.48、3天＞3.3，28天抗压强度0.246MPa。

⑨水泥：黏土：水配比为1:1:2，外加剂1.5%，结石率100%，混合浆比重1.435，初凝时间8时52分，塑性强度1天3.3、2天3.3、3天＞3.3，28天抗压强度1.2MPa。

帷幕施工时采用下行分段压水、注浆的方式，该方式施工方法针对性强，能较准确的了解所注注浆段的地层渗透性，注浆段可得到反复多次地充填，堵塞。

4 回填方案确定

4.1 回填方案确定依据

主要从安全、成本和质量3个方面进行评估：

PD1原始资料缺失，采取钻探帷幕注浆工艺成本较大，但硐口结构较为完整，可以保障支护安全，保障回填质量，建议采取临时支护封井回填方案。

PD2硐口结构损坏严重，无法保障支护安全，但原始资料保存较好，可以较为准确地布置钻探工程，建议采取钻探帷幕注浆方案。

4.2 施工平面布置

（1）平面布置原则。①因地制宜，采用分区布置，集中管理，便于施工生产管理和生活安排。②施工临时设施布置于现场合适地点，尽量不占或少占民用土地。③项目部建立在项目区外下游铁山村内，生活区生活污水、垃圾进行集中处理和排放，生活污水经沉淀等方法处理后排放至村内排污设施，确保环境不受污染。

（2）平面布置的内容。①本工程的临时设施布置于施工区附近宽阔平坦的平地上，场地内施工临时设施布置具体见施工图设计。②本工程项目经理部设置在离现场近的村庄里，采用租用闲置民房办公。③本工程的生活区采用租赁形式。租住当地民房生活。④施工总平面布置主要包括混凝土搅拌系统、临时堆料场、材料仓库、停车场及现场办公室、加工车间等。

4.3 施工注意事项

（1）施工安全。平硐内因年久失修，部分区域可能有坍陷，应采取临时支护保障施工人员安全。施工完毕后，洞口设置标识标牌，提醒来往人员。

（2）二次污染防治。施工过程中，应尽量少的扰动地表土壤或填土，因施工需要确需扰动的，应做到就近堆放，做好临时覆盖遮蔽，防止产生淋虑废水。施工完毕之后原位回填，禁止项目区土壤或填土外运。对平硐进行清理时将会产生一定的废水，废水应经过临时沉淀措施沉淀处理后排放至原有的污水处理设施，严禁废水直接外排。

（3）井口处置。平硐封填结束后应设置安全警示标志，建立标示，标注名称、坐标、建井时间与建井单位、井筒类型与深度、封井时间与封井施工单位。

（4）定期监测巡查。施工结束后，应针对封井回填工程及周边区域开展定期的监测巡查工作，重点针对工程质量及安全性进行监测巡查，监测频率1 次/月，监测周期1个水文年。