水對露天開采的影響及其治理措施

王 瑞,楊國財

(江西銅業集團公司城門山銅礦,江西九江 332100)

水對露天開采的影響及其治理措施

王 瑞,楊國財

(江西銅業集團公司城門山銅礦,江西九江 332100)

論文分析了水對城門山露天礦開采主要工藝環節的影響,論述了礦區水治理工作在露天礦生產中的重要性,介紹了城門山銅礦籌備、基建和生產期間制定和采取的水治理原則和措施,可對富水露天礦開采過程中水治理問題提供借鑒。

露天開采;影響;治理措施

1 前言

露天采礦形成的露天礦坑就相當于一口大井,從客觀上具備了匯集大氣降水、地表徑流和地下涌水的條件。匯集到礦坑內的水會降低設備效率和使用壽命,降低礦山工程下降速度,破壞邊坡穩定性,甚至阻斷采礦生產。地表的江水、湖水若灌入礦坑對露天礦山來說就是滅頂之災,因此解決好水的問題是露天礦山開采的前提條件。城門山銅礦在地質勘察階段就做了大量的水文地質研究,后期做了一些專門水文地質試驗。特別是 1988年至1993年,江西銅業公司與聯邦德國地質科學與礦產資源研究院(BGR)合作,對城門山進行了大型疏干排水試驗,建立了城門山地下水模型,完成了利用當地湖泥注漿半工業試驗[1]。經過這些工作,對城門山礦床的水文地質有了透徹的了解,為制定治水措施打下了堅實的基礎。

2 水文地質環境

城門山銅礦屬長江水系支流瑞昌河流域,區內地表水體、地下水非常發育。礦區位于地下水、地表水匯集的湖泊地段,區內巖溶含水層也很發育,首采區7#礦體,位于礦區中心偏東位置,續采區 10#、15#礦體分別在7#礦體的西側和北側。各礦體大部分賦存在當地侵蝕基準面以下。7#礦體采區北部邊坡主要為風化強度不一的花岡閃長斑巖,南部邊坡主要為巖溶發育的棲霞、黃龍、茅口灰巖。由于該采區北部的火成巖體(花崗閃長斑巖)及灰巖,南部的石英砂巖、砂質葉巖均為相對隔水層,因此,7#礦體露天采區地下水主要通過礦區東西兩側灰巖地下水的側向補給,有露天采區南部邊坡灰巖含水層進入采區;15#礦體采區地下水主要要通過其北側的矽卡巖及灰巖與火成巖接觸帶補給[2]。在二期擴建開采境界內有一條廢棄了多年的勘探斜井,斜井東西走向,長約150m,傾角45°,井中匯集了大量的地下水,地下水通過斜井口涌出進入采坑。

3 水對露天采礦工藝各環節的影響

3.1 水對穿孔、爆破的影響

3.1.1 對穿孔的影響分析

穿孔作業中少量的地下水有利于改善作業條件,這些水對孔壁的沖刷力不大,不至于損害炮孔孔壁的穩定。但若水壓高、涌水量大,則對孔壁有損壞的作用。當鉆孔穿過節理裂隙較發育、斷層及其它弱松不穩定的巖體地段時,由于沖刷力的作用,首先會使這些地段附近最不穩定的巖體顆粒失穩、移位、脫落;而清洗作用則將這些脫體細顆粒隨水高速排出孔口。細顆粒的流失,使巖體失去整體性,較大顆粒便因支撐不足而失穩,引起孔壁的坍塌。若垮塌的石塊較大,不僅易發生堵孔,且極易卡堵沖擊器、鉆頭使之不能提出地表,從而帶來較大的經濟損失。

3.1.2 對裝藥的影響分析

水孔裝藥很難保證裝藥線密度和裝藥量符合要求。采用高壓吹水后快速下藥的方法處理,對涌水量較大、水壓大的孔采用裝藥前吹水措施,水的沖刷清洗作用使孔壁產生的變形、石塊位移甚至坍塌。當炸藥快速通過已發生變化的地段時,會受到阻擋而減速、包裝物破損并受撞擊而使炸藥附于孔壁、炸藥堵塞炮孔。使炸藥在有效位置不能充滿炮孔,裝藥長度、裝藥線密度和裝藥量均得不到保證。并可能因炸藥不連續發生拒爆,半爆。

3.2 水對鏟裝運輸的影響

水對穿孔、爆破的影響必然會增大爆堆按照設計要求成型的難度,造成爆破質量的下降,從而降低鏟裝效率,而且境界內大量高風化礦、巖吸水后粘結在鏟斗、車斗壁上,增加了鏟裝運輸過程中設備所做的無用功,這些都降低了鏟裝運輸效率,增大了鏟裝成本。工作面積水,礦巖疏干不到位,使得堅固性較差的礦巖吸水后被運輸車輛來回碾壓成漿狀,工作面出現很多大大小小的凹坑,對汽車在工作面的掉頭,運行安全,鏟、裝作業的配合都造成影響。鏟裝設備長時間在水中浸泡,會對鏟裝設備造成腐蝕,至使設備的故障率增高,完好率降低,設備維護費用增加,對鏟裝作業的高效、順利進行造成影響。水對采區道路的浸泡會使得路基失穩,路面泥濘,從而加大采場內道路的維護難度,增大維護成本,降低運輸安全系數和運輸效率。

3.3 水對排土的影響

城門山露天礦 1#排土場位于城門山南部山坡處,其原地形標高在 14m～110m之間,地形坡度上陡下緩,上部為 18°～20°,底部為 1°～5°。按南昌院 1200t/d規模設計要求,排土場的最終堆置標高為 110m,坡面角為 34°,并根據位置不同分段排棄,即 90m標高為一段,110m標高為一段,最大段高為66m,排棄的廢石主要由風化的花崗閃長斑巖、石英砂巖和矽卡巖組成,容重 2.5t/m3,松散系數 1.5,巖堆自然安息角 32°。城門山銅礦采用的排土工藝是汽車運輸 -推土機排土,排土作業包括:汽車翻卸巖土,推土機推土;平整場地和整修排土場公路。含水礦巖土經過運輸過程中的顛簸,擠壓會有大量黏貼在車廂內,引起翻卸過程中車輛平衡能力降低,增大翻卸難度,增大車輛側翻的可能性。推土機推土形成的坡面角為濕巖土的安息角,在巖土干了以后,自然安息角會減小,同時濕的巖土下沉速度較快,內聚力和內摩擦角等物理性指標的降低使得坡面失穩可能性增大[3]。

綜上所述,水對露天礦開采的各個環節均有不良影響,所以做好采區水治理工作是露天礦順利、穩定生產的必要條件。

4 礦區水治理

對于城門山銅礦水的治理,初步擬定的防治水原則為對地表湖水進行圍堤攔截,對地下水則以疏干排水為主,以注漿堵水為輔,疏堵結合[4]。城門山銅礦運用這個水治理原則取得了水治理的成功,使得礦山一期開采,和二期基建剝離順利進行。為保證生產安全順利地進行,我們采取了以下一些具體的水治理措施

4.1 地表水的治理

地表水治理方案是圍堤攔截湖水進入采場,實際生產中該礦將城門山銅礦露天采場臨近湖區的地帶作為排土場,既擁有了運距較小的排土場,同時起到攔截隔離湖水的作用。目前臨近湖區的 2#、3#排土場已經將露天采場和賽城湖隔離開了約 450m,排土標高在 +33m,而賽城湖夏季水面標高一般在+13m左右,賽湖歷史最高水位 +22.86m,不會出現湖水倒灌入采坑的情況,達到了攔截湖水進入礦坑的目的。

4.2 地下水的治理

城門山起步規模開采方案中在 7#礦體東南邊幫上打了一口疏干井,疏干 7#礦體其圍巖。二期開采方案關于地下水治理部分依然遵循以疏干為主,以注漿堵水為輔,疏導結合的原則,計劃在二期露天采場西南面布設 4孔疏干井,在北面布設 4孔疏干井,在東面布設 5孔疏干井,共計 13孔疏干井用以疏干二期境界內的礦巖。因為種種原因,這 13口疏干井還沒有打好,二期基建剝離已經動工,目前對于地下涌水,我們采用渠道網將水排至固定泵站水倉,在用水泵排出采場至廢水庫。下面主要介紹城門山銅礦采坑渠道網的建立和擴展。

4.2.1 渠道網的建立

渠道網是由集水渠和主干渠構成,是用來疏導露天境界內地表積水的網絡,城門山露天礦通過挖深挖寬渠道,結合小臺階開采,使得渠道網不僅可以疏導地表積水還可以起到疏干采坑礦巖的作用。城門山銅礦經過幾年的開采形成了南、北兩個采區,南部的 7#礦體采區已經開采到了 -54m坑底境界,北部 15#礦體采區,最低一個臺階標高為 -34m,故,渠道網的建立主要在 15#礦體采區,將15#礦體采區內的水,疏導至 7#礦體采區 -54m臺階的固定泵站。然后通過三路管線排出采區。渠道網的建立首先是沿采場內非工作臺階的坡底挖掘主干渠,作為截、排水網絡的主干線,主干渠的挖掘順序是從最下一個工作臺階處的集水坑即固定排水泵站開始挖掘,沿著最下一個非工作幫由深到淺,一直挖掘到最上一個工作臺階,以確保主干渠內不會大量積水,使集水渠中的水能通過主干渠順暢地排水至固定泵站。然后在每個工作臺階沿臺階推進線方向,每隔一個或者幾個采掘帶的寬度挖掘一條集水渠,與主干渠相通,這些水渠可以起到疏干礦巖的作用。這樣采場內渠道網排水網絡就基本建立起來了,采區內的地下水和大氣降水都可以通過渠道網排水網絡進入固定排水泵站,通過泵站排至地表廢水庫。

4.2.2 臺階推進過程中渠道網的擴展

含水礦巖就像吸了水的海綿體,從哪里切入哪里就會出水,在挖掘過程中,就會出水,不進行處理,就會浸泡工作面,使鏟裝作業效率降低甚至發生陷鏟、陷車事故使得鏟裝作業無法進行。所以臺階的推進與集水渠的跟進是同步的,挖掘某一采掘帶,出水后,要沿著臺階坡底線挖溝將水引入集水渠,為了保證運輸車輛方便的進出工作面,在集水渠適當的位置,埋設鐵管用以連通工作面和開拓運輸道路并且保證集水渠能順暢排水。集水渠的間距根據出水量的大小和排水順暢情況來決定。水量大,則間距小,出水量小,間距則大。同時要保證在兩條集水渠之間的礦巖上可進行正常的鏟裝作業。

5 結論

由此可見,水對露天礦山開采工作帶來了困難,甚至危害,降低了采礦設備效率和使用壽命,影響礦山工程下降速度,破壞邊坡和排土場坡面穩定性。為了保證礦床開采過程連續、順利的進行,通過開辟湖區排土場阻隔了湖水進入礦坑的可能。通過疏堵結合的水治理措施,降低礦坑水對生產的影響。在疏堵系統建立起來之前,通過渠道網絡的建立和擴展,解決了礦床疏干和采坑大氣降水的截排。運用渠道網疏導水的方法和小臺階挖掘作業相結合,實現了采剝作業的順利進行。

REFERENCES

[1] 潘崢.對城門山銅硫礦地下水治理研究的評述[J].有色金屬礦山部分,1996,(6):30-31.

[2] 章曉波.江西銅業公司城門山銅礦起步規模填平補齊(1800/ d)可行性研究報告:2000,(10)[B].九江:城門山銅礦 (J-03 -01-19):14-16.

[3] 陳希廉.地質學[M].北京:冶金工業出版社,1999:213-215.

[4] 但新民.城門山銅礦湖泥注漿遠景初探[J].有色冶金設計與研究,2001,22(4):1-2.

Influence ofWater to Open M in ing and ControlM easures

WANG Rui,YANG Guo-cai
(Jiangxi Copper Corporation Chengmenshan CopperMine,Jiujiang,Jiangxi,332100,China)

In this article,the influence of water to open mining process of Chengmenshan CopperMine is analysed,the importance of thewatermanagementwork in open-pitmine production is discussed and the treatmentprinciple andmeasuresofwater during the capital construction and production of Chengmenshan CopperMine are also introduced.It can provide water treatment process of open mining problems for reference.

open-mining process;influence;controlmeasures

book=19,ebook=117

TP74

B

1009-3842(2010)03-0019-03

2010-06-29

王瑞(1977-),男,陜西綏德人,南華大學礦物資源工程專業本科畢業,研究方向為采礦工程,Email:190299604@qq.com