大水礦山地下水的綜合治理 巖溶地下水綜合治理

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊:摘要：伴隨著國家礦產(chǎn)資源開發(fā)的黃金十年，鐵礦的資源開采被提上了日程，但開采的先決條件即解決礦山開采與地下水資源保護(hù)和安全建設(shè)之間的矛盾。

關(guān)鍵詞：大水礦山；帷幕注漿；地面預(yù)注漿；礦坑水回灌；治理；

在基建及生產(chǎn)過程中，坑下開拓工程揭露灰?guī)r頂板時均出現(xiàn)大量涌水，并造成地面塌陷、地表水倒灌等問題，給礦山生產(chǎn)帶來嚴(yán)重危害，同時也給周邊環(huán)境帶來不良影響。為防治地下水害，幾十年來，礦山與相關(guān)研究單位開展了大量的研究工作，實(shí)施了一系列的綜合防治水工程，積累了大量豐富而又寶貴的巖溶地下水綜合治理經(jīng)驗(yàn)。

一、礦體帷幕注漿技術(shù)的應(yīng)用

進(jìn)入21世紀(jì)伴隨著國家礦產(chǎn)資源需求不斷增大，作為水患礦山治水的重要手段，礦山帷幕注漿技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。中關(guān)鐵礦帷幕注漿工程迄今為止仍然是帷幕線規(guī)模最大的單體帷幕注漿工程，該項(xiàng)目實(shí)施過程中取得的成功經(jīng)驗(yàn)和研究成果為該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，對礦山帷幕注漿技術(shù)的發(fā)展具有里程碑式的作用。中關(guān)鐵礦帷幕注漿工程，注漿帷幕設(shè)計(jì)厚度T=10．0 m，漿液擴(kuò)散半徑Ｒ=8．0 m，設(shè)計(jì)孔距D=12．0 m，注漿段平均長度L=414 m，采用分段注漿方式，每注漿段平均長度30 m。注漿段鉆孔直徑采用Φ110 mm、Φ91 mm、Φ75 mm三種。注漿帷幕完工后的帷幕防滲性能指標(biāo)q≤2Lu，帷幕形成后堵水率達(dá)80%，透水系數(shù)K＜0．08 m/d，質(zhì)量要求高。帷幕注漿項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)由某有色工程勘察院有限公司承擔(dān)，實(shí)施時間為2006～2010年。該帷幕采用平面上和垂向上全封閉帷幕注漿形式，注漿帷幕線設(shè)計(jì)南北長1 140 m；東西最大寬度890 m，平面上形成環(huán)形橢圓狀的全封閉帷幕注漿帷幕，帷幕線全長3 397 m，垂向上墻體底板需進(jìn)入燕山期閃長巖隔水層，最大設(shè)計(jì)孔深達(dá)810 m。帷幕主要工作量包括：注漿孔270個，觀測孔30個，檢查孔34個，加密孔36個，各類鉆孔共計(jì)370個，總進(jìn)尺201 906延米，注漿段全長126 674延米。礦體帷幕形成后對礦山安全生產(chǎn)發(fā)揮了重大作用，有效防止了礦坑突涌水事故的發(fā)生。目前，礦山已基建完成，該帷幕注漿工程堵水效果良好，礦坑內(nèi)排水量約為2 222 m3，礦坑內(nèi)外形成較大的水位差，表明帷幕體堵水達(dá)到了預(yù)期效果。

二、井巷工程地表預(yù)注漿技術(shù)的應(yīng)用

礦體周圍堵水帷幕形成后，切斷了礦坑水與區(qū)域地下水80%的水力聯(lián)系。但是，在帷幕內(nèi)疏干放水之前礦坑內(nèi)仍然有大量的靜儲量，礦山建設(shè)過程中的部分井巷工程仍然面臨水患問題。鑒于此，對重要的井巷工程采用了地面預(yù)注漿的技術(shù)手段來治理工作面涌水問題，主要包括：豎井地面預(yù)注漿工程、溜破系統(tǒng)預(yù)注漿工程等，本文論述以溜破系統(tǒng)預(yù)注漿工程為例，治理目標(biāo)為工作面涌水量≤10 m3/d。本溜破系統(tǒng)由溜井、破碎硐室和下部礦倉三部分組成，各個部分的注漿頂?shù)装鍢?biāo)高相差較大。由于破碎硐室和下部礦倉埋深較大，采用直孔鉆探施工會加大上部非注漿段的輔助鉆探工作量，致使成本增加。因此，采用直孔與“S型”定向分支孔相結(jié)合的方式進(jìn)行施工，即每個直孔分出兩個“S型”定向分支孔，注漿孔采用不等距的梅花形布孔方式，溜井部分孔距為6．5 m，破碎硐室與下部礦倉部分孔距為4．45～7．70 m，與破碎硐室部分孔距為4．88～7．50 m。共設(shè)計(jì)鉆孔18個，其中，溜井部分6個直孔，破碎硐室及下部礦倉部分布置3個直孔、5個分支孔，破碎硐室部分布置1個直孔、3個分支孔，設(shè)計(jì)鉆探工作量8 400 m，注漿量12 000 m3。目前，礦山溜破系統(tǒng)已完成掘砌工作，掘砌施工過程中工作面涌水量達(dá)到堵水治理目標(biāo)，均小于10 m3/d。

三、巖溶地下水綜合治理實(shí)踐

1.長期抽排地下水引發(fā)的水文地質(zhì)問題。（1）井下突水。一般來說，突水的主要相關(guān)因素有水源、水壓、隔水層、地質(zhì)構(gòu)造及采掘活動。礦山發(fā)生過幾次大的突水，礦井排水引發(fā)的地面塌陷，導(dǎo)致河水倒灌，H20號突水點(diǎn)涌水量1 0000 m3/d左右，倒灌的地表水僅十幾小時即進(jìn)入礦井，給礦山井下生產(chǎn)帶來不安全因素。目前正開采的東馬鞍山礦體，局部地段巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，2 8線以東深部出水點(diǎn)涌水量大，仍然可能對礦井安全帶來影響。（2）地面塌陷。某銅礦為巖溶大水礦山，大量抽排地下水，導(dǎo)致礦區(qū)地面塌陷災(zāi)害頻發(fā)。在地面塌陷治理工程實(shí)施前，累計(jì)發(fā)生巖溶塌陷1 00余起，塌陷引起損壞房屋幾十間，毀田數(shù)十畝。同時毀壞部分公路、河道，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)匕傩盏陌簿訕窐I(yè)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成了一定程度的不良影響及破壞。消除地面巖溶塌陷的根本措施是減少地下水排放，礦區(qū)井下注漿堵水和地表河治理工程已使地面塌陷明顯減少。（3）破壞礦區(qū)地下水資源。礦坑排水降落漏斗，最遠(yuǎn)的東南方向已達(dá)3km。礦坑中心水位已降至-340 m左右，地下水補(bǔ)、徑、排條件已發(fā)生了較大的變化。通過近幾年來的防治水工程施工，在不揭露大的涌水點(diǎn)的情況下，礦區(qū)疏干漏斗基本已保持穩(wěn)定。同樣，鞍山礦體開采若采用單一的井下排水方案，將使疏干漏斗繼續(xù)外擴(kuò)，不僅產(chǎn)生大量的排水費(fèi)用，而且將對礦區(qū)地下水資源造成嚴(yán)重破壞。

2.巖溶地下水綜合治理工程。幾十年來，礦山在科研單位的配合下，進(jìn)行了大量的水文地質(zhì)調(diào)查和研究工作，基本掌握了礦區(qū)的水文地質(zhì)特征，特別是對礦區(qū)地下水流場變化、各含水層水力聯(lián)系、地表塌陷形成機(jī)理等進(jìn)行了深入研究，并實(shí)施了一系列有效的地下水綜合治理工程。（1）地表河流防滲工程。為消除地表河流對礦坑地下水的威脅，對與礦坑水力聯(lián)系強(qiáng)的馬山口淺部通道，綜合采取人工河渠與塌陷區(qū)靜壓注漿相結(jié)合的方案。在馬山口修建了一條簡易防滲河渠渡槽，對馬山口塌陷區(qū)采取靜壓注漿的措施消除通道。（2）塌陷回填注漿及農(nóng)田復(fù)墾。為防止地面塌陷造成與礦坑地下水的直接聯(lián)系，對地面塌陷進(jìn)行埋管回填注漿。在回填碎石過程中間斷插入注漿花管。填完后，再用水泥漿或水泥尾砂漿對塌洞下部進(jìn)行注漿封堵，以形成一個堅(jiān)硬致密的整體，提高回填體的抗?jié)B性及抗剪強(qiáng)度，從而防止地表水入滲和塌洞復(fù)活。（3）井下注漿堵水。根據(jù)井下出水點(diǎn)的出水層位和水量大小，采取堵、疏、避相結(jié)合的綜合防治措施。對于井下水量大、泥沙含量高或?qū)ιa(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重影響的常年性涌水點(diǎn)，采取封堵的措施。如-2 80 m中段2號沿出水點(diǎn)，最大出水量達(dá)1 0000 m3/d，已被隔水墻封堵。

3.地下水綜合治理后礦坑涌水量變化，不論開采水平、涌水點(diǎn)如何變化，礦井總涌水量始終在6 000~1 3 000 m3/d內(nèi)波動。由于井下注漿工程的影響，總涌水量有逐漸下降的趨勢。同樣受井下注漿工程及地表治水工程的影響，200 9年7月以后總涌水量也呈下降的趨勢，且礦坑最大涌水量峰值下降明顯。因此，只要不出現(xiàn)塌陷河水倒灌及井下大量注漿封堵的情況，礦井穩(wěn)定涌水量基本會保持在6 000~1 3 000 m3/d內(nèi)波動，如采取了有效的注漿堵水措施，就可控制或減少礦井涌水量，確保安全生產(chǎn)，不引發(fā)大的環(huán)境地質(zhì)問題。目前，由于-700 m水平至-7 6 0 m水平探礦巷直接在灰?guī)r含水層中施工，20線以東特別在2 8線到3 2線附近所揭露含水層裂隙普遍有水，涌水量較大，現(xiàn)階段水平探礦巷道施工采用深孔和淺孔結(jié)合的方式探水預(yù)注漿，先探后掘，巷道施工較為緩慢，但注漿堵水效果較好，使得巷道施工得以順利進(jìn)行。其中探礦孔的施工也不同程度的遇到涌水的問題，也采用了注漿堵水后繼續(xù)鉆進(jìn)的方法。大量巷道探水孔以及探礦孔遇水則堵，在該區(qū)域內(nèi)注入了大量水泥漿液，改變了微觀水文地質(zhì)條件，從而使涌水點(diǎn)向深部和東部轉(zhuǎn)移。

總之，鐵礦開采過程中通過采用帷幕注漿、井巷工程防治水、礦坑水回灌等技術(shù)手段，不僅實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的治水之路，還為類似條件下的水患礦山開采提供了防水、治水、綜合利用地下水工程的借鑒。

原標(biāo)題:大水礦山地下水的綜合治理