黑牛洞銅礦開拓巷道涌水治理

2013-05-05 13:51:08王國呂

采礦技術 2013年2期

王國呂

（四川里伍銅業股份有限公司，四川甘孜州 626201）

里伍公司新建黑牛洞銅礦1500t／d采選工程，其開拓巷道布置在標高3000～3500m范圍內，礦區內地形屬深切割的構造剝蝕中高山地形地貌，區內地表水系較發育，礦區內水文地質條件較復雜。雨季單個開拓巷道日涌水量為3624～4536m3，巷道內涌水形成一層層“水簾”，對礦山基建巷道的掘進、設備安裝運行和作業人員工作環境造成了極大影響。

1 礦區內水文地質情況

黑牛洞銅礦位于川藏高原的東緣，屬橫斷山系大雪山的南延部位，系侵蝕構造地形。區內水系屬雅礱江水系，主要含水巖組為風化裂隙含水巖組和第四系殘坡積孔隙含水巖組。

（1）風化裂隙含水巖組。風化裂隙含水組巖性為黑灰色黑云絹云片巖、云母石英片巖夾灰色云母石英巖、云母長石石英巖夾斜長角閃巖、變粒巖。近地表厚0～80m巖段巖體風化裂隙、卸荷裂隙、構造裂隙較為發育，接受大氣降水補給豐富，為富水微弱的裂隙含水巖組［1］。

（2）第四系殘坡積孔隙含水巖組。礦區表體覆有一層厚0～43m殘坡積孔隙含水巖組，成份為粘土及碎石，碎石主要為風化殘留的里伍群中巖帶（Pt2l2）黑灰色黑云絹云片巖、云母長石石英巖巖塊。該層土體呈松散土狀，結構疏松，厚度薄，富水性嚴格受大氣降水的控制。

2 巷道涌水來源與成因

區內地勢陡峻，地形坡度一般為47°～63°，樹枝狀次級沖溝發育，為原始森林區，較為有利于攔蓄大氣降水。第四系殘坡積孔隙含水巖組在雨季由于接受大氣降水的補給，常處于飽和狀態，其中富含的水體在重力作用下，部分入滲補給下伏基巖，部分以面流或雨后“泉”的形式沿溝谷排泄。

風化裂隙含水巖組巖體巖石顆粒細膩、結構致密。近地表巖體風化強烈，風化裂隙、卸荷裂隙、構造裂隙等Ⅳ、Ⅴ結構面較為發育。裂隙面凹凸不平，多數開啟，裂隙充填較少鐵質及泥質薄膜。在長期風化營力的作用下裂隙相互貫通，形成地下裂隙網絡貯水空間，在雨季表體入滲補給下，為接納大氣降水提供了較為有利的儲藏空間。

在巷道掘進過程中，人為開掘出的硐室空間破壞了巖組內原有的貯水構造，使裂隙網絡水在靜水壓力作用下沿裂隙節理面流動，最終在裂隙與巷道巖壁接觸部位形成涌水現象。

礦區內年最大降雨量為1534.5mm，雨季主要集中在6～9月，主要風季（旱季）為1～4月。巷道內涌水來源主要為大氣降水，且含水巖組富水性嚴格受大氣降水控制，巷道內涌水量隨季節變化明顯，涌水量從11月開始遞減，在每年的4～5月基本不見涌水現象。

3 巷道涌水治理措施

黑牛洞銅礦正處基建時期，開拓巷道內的涌水治理也隨井巷工程施工的不同階段采取相應的措施。主要分為巷道掘進和巷道成型后兩個時期的治理，巷道成型后又包含巷道壁出水位置引水和底板水溝排水兩個方面。

3.1 巷道掘進施工超前導流法

開拓巷道設計為2.3m×2.767m三心拱形斷面，采用普通YT28型氣腿式鑿巖機鑿巖，鉆桿直徑35mm，長度2.5m。因受作業面前進方向巖層涌水影響，在完成鑿巖鉆孔后，巖組裂隙水在靜水壓力作用下向鉆孔內流動并形成一定的出水壓力，即使使用防水乳化炸藥裝填也一樣被水壓沖出孔口，致使鑿巖后裝藥難度加大。因巖層涌水路徑自由面多與巷道走向斜交，經實踐，可在掘進爆破“掌子面”周邊孔位使用5m長度鉆桿超前鑿出3～5m左右深度的空孔，將涌水超前引導至空孔排出。此法適用于巷道掘進時期對作業面涌水的治理，在實踐中空孔超前導流形成的水柱孔間隔［2］效應還可提高巷道爆破成型與除塵效果。

3.2 巷道成型后涌水治理

因巖組含水裂隙網絡不規整，涌水自由面與巷道開掘自由面交匯位置存在一定隨機性，在巷道成型后涌水區段出水量與出水位置分散程度都沒有規律可尋。在治理過程中針對不同的涌水情況采取了相應的措施。

3.2.1 擴孔軟管導流法

針對涌水量大且出水部位集中的情況，可根據涌水量大小在出水部位沿裂隙自由面鑿出直徑50～100mm、深度100～150mm的導水孔，并用相應孔徑大小的軟管插入其中將水導入墻底排水溝，軟管與出水巖壁結合處采用錨固劑進行密封，軟管沿墻面布置并用管卡固定。

3.2.2 覆蓋引流封閉法

針對涌水量大且出水分散的情況，可采用8 mm厚度鐵皮對整個出水部位貼壁覆蓋，用直徑12 mm的螺母對鐵皮進行錨固，鐵皮在巷道延伸方向上的兩端向上折出高度30mm左右的直角形成“U形水槽”，鐵皮與巷道壁接觸的兩端沿墻壁覆蓋至巷道底板，涌水可在自身重力作用下沿“U形水槽”內面流至墻根處再進入排水溝。

在形成鐵皮整體覆蓋后，可對此段進行 M7.5砂漿噴射封閉處理，砂漿封閉厚度應達到30mm以上。

3.2.3 封閉集中導流法

針對涌水量較小且出水位置分散的情況，因涌水水壓整體較小，可對涌水部位采用噴漿封堵［3］的方式處理。在原有出水裂隙被封閉的情況下，水體在靜水壓力作用下會沿著阻力較小的節理自由面滲透，整個分散出水段最終會集中在某個噴漿封閉薄弱面，自然形成一個出水口。這樣就將原本分散的涌水集中形成一個流量較大的單個出水口，再采用上文提到的“擴孔軟管導流法”進行后續處理。

巷道內涌水存在一定靜水壓力，且涌水量大小隨季節變化明顯，為保證對涌水治理產生最佳封閉集中效果，噴漿作業選擇在風季進行。

3.3 巷道排水溝設計

因巷道內涌水總量較大，出水位置無規律，在初步治理措施中已將巷道壁面的涌水沿邊墻引導至巷道地板。為使巷道內涌水集中排流，在設計排水溝時考慮將水溝蓋板厚度計入排水溝開掘深度，在完成水溝蓋板鋪設后，蓋板表面與巷道底板處于同一平面或略微低于巷道底板（見圖1），水流可在勢能作用下沿蓋板預留槽自然流進排水溝。

圖1 水溝的開挖砌筑

4 治理成果

通過對巷道掘進時期工作面的涌水超前導流和對成巷后期幾種涌水方式的針對性處理，有效解決了掘進時期“裝藥難”的問題，并使巷道原有的“趟水過河”現象得到了徹底改善，有效避免了后續安裝工程中可能出現的“泡碴”現象，改善了巷道內機車運行和作業人員通行的條件。

5 涌水利用［4］

黑牛洞礦山全礦生產用水是經過3級加壓泵站取自雅礱江，提升高度1994m，輸水線路長3620 m。含水裂隙充填較少鐵質及泥質薄膜，巷道內涌水在經過巖層與裂隙過濾后不含泥沙等雜質，水質清澈無明顯懸浮物。巷道內涌水量雖受區域季節性影響明顯，但全年巷道內涌水現象仍持續8個月左右，對涌水進行集中導排的基礎上，在硐口附近地表位置修建高位水池，作為井下采礦作業和地表選礦工業場地生產備用水源。