鄂東水患危害嚴重的巖溶礦山防治水對策探討

■羅高英

（中國冶金地質總局中南地質勘查院 湖北武漢 430081）

鄂東水患危害嚴重的巖溶礦山防治水對策探討

■羅高英

（中國冶金地質總局中南地質勘查院 湖北武漢 430081）

文章以鄂東水患嚴重的巖溶礦山特點、礦山地下水防治原則為切入點，從礦區地面防水、礦床疏干排水、預留礦（巖）防水隔水層、礦山帷幕注漿、井下防排水等方面探討了礦山防治水對策。

巖溶大氣降水地表水地下水含水層疏干排水帷幕注漿

鄂東水患危害嚴重的巖溶礦山主要有：雞籠山金礦、雞冠嘴金礦、大紅山銅礦、銅綠山銅鐵礦、鯉泥湖銅礦、石頭嘴金礦、大廣山鐵礦、大志山銅礦、趙家灣銅礦、良薦橋鉬礦等礦山。雨季，強暴雨天氣，雨量大、歷時長，這些巖溶礦山遭受地表水倒灌，礦井突水引發淹井事故及礦山大面積巖溶塌陷，既給礦山造成嚴重經濟損失，又破壞了礦山生態地質環境。因此，對這些水患嚴重的巖溶礦山防治水對策進行探討，對保護礦山生態地質環境具有重大意義。

1 鄂東水患嚴重的巖溶礦山水文地質特征

礦區位于湖盆、地勢低洼平原區，地貌類型復雜，不利于自然排水，地表水系發育，主要礦體位于當地侵蝕基準面以下，地表水與地下水聯系密切。

主要充水含水層為碳酸鹽裂隙巖溶含水巖組，巖溶發育，富水性強，地下水補給條件好，礦坑深部并具較高水壓，構造破碎帶發育，導水性強且溝通區域強含水層或地表水體。

主要充水含水層由四周或側向補給，為強透水邊界（強含水層、富水斷層或地表水）。開采條件下，區域地下水或地表水可通過邊界大量流入礦井，供水邊界分布范圍大，礦坑涌水量大。水文地質邊界復雜。

礦體頂板充水含水巖層強巖溶化的碳酸鹽巖，呈隱伏巖溶類型為主，分布面積較大，一般礦坑涌水量大，地下水疏干排水產生地面塌陷、沉降開裂，產生地表水倒灌和地面建筑物倒塌變形，危害程度大。

礦體頂板巖土體軟弱，以松散巖，強風化巖土體組成。采用崩落法采礦，采空區面積大，礦坑疏排水和空區冒頂形成地面塌陷、沉降、開裂導致地面建筑物嚴重開裂變形。在塌陷區地表水沿塌坑倒灌，導致礦坑突水淹井。

2 礦山地下水防治對策

礦山地下水的防治應遵循先簡單、后復雜，先地面、后井下、層層設防的原則。對于各種可能涌入礦坑的地表水，應采取地面防水措施；為減少礦坑內的涌水量及防止突水淹井，應采取井下防水及探水措施；對于多數礦床，一般采用疏干為主的防治水方案，并盡量在淺部將地下水攔截；在水文地質條件適宜、經濟技術條件合理時，應優先采取帷幕注漿方案；在恢復被淹礦井、處理井下涌水點、封堵局部進水通道時，可以采用局部注漿堵水措施；為經濟有效地排除地下水，應設計適宜的排水系統；為防止環境地質問題發生，應加強地質環境治理。不同的防治水對策適用于不同的條件，下面分別予以敘述：

2.1 礦區地面防水

礦井地面防水主要包括地表水體與降水滲漏的防止、抗洪防汛、巖溶管道流的圍截與疏導、滑坡泥石流的防治等。

（1）地表水體及降水滲漏的防止。礦井水的主要來源是地表水和大氣降水的滲漏，可通過對河溪的滲漏段進行鋪底防滲，對巖溶塌陷洞進行回填打蓋加固，對漏水山塘水庫進行修補以及修挖排水溝，在露采坑周邊開挖截水溝等，使礦井涌水量顯著減少。如大廣山鐵礦流經礦區的柯家溝河由于河床塌陷引起河水下灌，導致井下涌水量大增，礦方采取對柯家溝河改道取直，并用混凝土對河床鋪設墊層、回填塌洞，河水及降雨滲漏明顯減少。

（2）抗洪防汛。井口和工業廣場的位置必須高于當地最高洪水位；開采塌陷難于堵漏的地段，要留設礦柱，暫緩開采，待礦井開采后期處理；一切地面建筑要避開山洪可能襲擊的地點。當地勢低平，無法滿足這些要求時，必須砌筑加高井口，修建抗洪堤壩或圍墻，興建導洪、泄洪及防漏溝渠。同時，制定抗洪搶險應急預案。如三鑫公司、銅綠山礦在大冶湖圍墾區內，地勢較低，就在礦區修建了防洪堤壩，在堤內設排澇泵站、加高加固井口等措施起到了很好的防洪作用。

（3）巖溶管道流的圍截與疏導。一些低山丘陵的干溶道，平時無水，往往暴雨后突然來水并沖出河砂，淤塞巷道，可通過查明巖溶管道系統及與之相連的溶蝕洼地，加強地面防水，截堵匯入洼地的山洪，依據地形挖多級重疊式防洪溝疏導泄水。

對于大水礦床，一般采取地面綜合防水系統，如凡口礦采用排洪溝、河流改道、河床防滲、塌陷區回填、注漿等綜合地面防水措施；銅綠山銅鐵礦采用防水堤壩、人工防滲河床、人工引水管道、塌陷回填等措施。

2.2 礦床疏干排水

無論是露天開采還是井下開采的礦山，為了防止地下水及流砂突然涌出而造成危害，都應采取疏干、截流或降壓的技術措施。國內外常用的疏干方法主要有：地表疏干的深井降水孔、吸水孔、水平放水孔及明溝等，地下疏干的巷道疏干、叢狀放水孔、直通式放水孔及降壓孔等。礦山的疏干方案通常是根據其具體水文地質條件及經濟技術條件來選定的，一般來說，對水文地質、工程地質條件復雜的礦床，為了能正常生產，保證井巷工程掘進安全和露天邊坡穩定，防止地下水或流砂潰入，必須預先降低地下水位或水壓。而對于礦區水文地質條件簡單的礦床，在大多數情況下，礦山的開拓和開采均可直接在礦井或露采坑礦場排水設施的保護下進行，無需進行構建專門的疏干工程。

對于水文地質條件復雜的地下礦山，通常采用聯合疏干或地下疏干法，且逐漸向單一的地下疏干過渡。如新橋硫鐵礦、凡口鉛鋅礦等采用聯合疏干或地下疏干法，保證了采礦工程的順利進行。

疏干排水是目前金屬礦山應用最廣泛的一種防治水技術，適用于礦體本身或頂板（或底板）是含水層，且滲透性好的礦床。

2.3 預留礦、巖防水隔水層

預留礦、巖防水隔水層是利用礦體和含水層之間的隔水層（相對隔水層）或局部留設防水礦柱，將大量礦床地下水堵截在采場之外，盡量減少礦山排水的方法。這種方法適用于礦床主要充水巖層涌水量大，擬采礦體與含水層之間存在隔水層或相對隔水層。

其優點是礦山投入的防治水工程量較小，治水費用低，礦山排出水量大為減少，可保護地質環境，從而降低采礦成本，提高經濟效益；缺點是隔水礦體不能回收，礦體損失率高，上部的開拓巷道及采空區充水后成為老窿水，形成“水帽”，一旦深部開采過程中揭露導水性好的巖溶通道，或開采空區移動冒落，則老窿水可通過巖溶通道或冒落帶倒灌進入礦坑，存在突水淹井的風險；此外礦坑水文地質勘探程度要求高，生產管理復雜，日常水文地質工作量增大。因此，采取該種防水方法，預先應進行可行性、安全性論證和評估。

2.4 礦山帷幕注漿

礦山帷幕注漿主要形式有礦區地面帷幕注漿及井下頂板帷幕注漿，它是在礦區主要進水地段利用鉆孔注漿，在地下形成一條大致垂直地下水逕流方向的人工隔水墻，攔截一半以上的地下水補給量，幕內輔以疏干，在帷幕的保護下進行采礦的一種方法。適用于礦床主要充水巖層涌水量大，進水通道相對狹窄，如采取以疏為主的方法，易引起地面環境地質問題。

各國在普遍采用注漿法對井下地層進行堵漏、加固的同時，已越來越重視大型帷幕注漿截流在礦區的應用，它在保護礦區生態環境、提高礦山經濟效益方面已顯示出優越性。如我國先后在水口山鉛鋅礦、張馬屯鐵礦、凡口鉛鋅礦等礦山采用了帷幕注漿，既保證了這類大水礦山的安全開采，又保護了礦區生態地質環境。

鄂東一些大水礦山先后采取了帷幕注漿的堵水方法，如大紅山銅礦、陽新縣良薦橋新武鉬礦等礦山采取了帷幕注漿，實施帷幕后，截流效果顯著，降低了礦坑排水費用，控制或減輕了地面塌陷。

鄂東巖溶礦山，大理巖裸露的礦山巖溶發育深度一般較淺，而隱伏灰巖則發育較深，與地形關系密切，礦區大理巖的巖溶發育帶一般在-200m左右。其中巖溶強發育段的下限，屬基巖裸露區多在0m標高稍下，屬隱伏巖溶區則在-60m標高左右或以下。以目前的施工能力，在此深度范圍內進行帷幕注漿是可以實施的。從一些水患突出礦山已有水文地質資料分析，多數礦床位于直線隔水邊界或半島狀三面隔水邊界條件，地下水流入礦坑的進水地段相對狹窄，實施帷幕截流可行性很高。

帷幕灌漿截流堵水，是防治地下水的最佳措施。根據已有成功經驗及條件類似性，建議水患嚴重礦山優先采取地面帷幕注漿，以根本治理水害問題，如鯉泥湖銅礦、大志山銅礦、大廣山鐵礦等。

2.5 井下防排水

2.5.1 探放水

堅持“有疑必探，先探后采”，這是井下防水最重要的手段。接近被水淹的井巷、采空區、老窿，接近含水層、導水斷層、含水裂隙密集帶、喀斯特溶洞，打開隔離礦柱放水前，接近有水或稀泥的灌漿區、可能突泥突砂區，接近可能突水的鉆孔，采動影響范圍內有承壓含水層或水體，礦體與含水層間隔水巖柱厚度不清有突水可能以及采掘工作面有出水征兆時，都必須安鉆探水，以查明情況，掩護采掘作業，直至最終放出威脅水體或排除疑點。所有這類探水，應以鉆探為主、物探為輔，用物探配合確定鉆探的重點和方向。

2.5.2 大水礦井的隔離開采

水文地質條件復雜的大水礦井，由于水害威脅不能絕對排除，應實行一定范圍甚至全礦井的分區隔離開采，使威脅水源（體）或災害得到控制，縮小波及范圍，是井下防水的重要方法。

2.5.3 防水閘門（墻）的設置

這是井下防治水重要而常用的工程手段。防水閘門（墻）的設計、施工，應嚴格執行GB 50915-2013《有色金屬礦山井巷工程設計規范》及GB50653-2011《有色金屬礦山井巷工程施工規范》相關規定，防止積水后被突然臌破。

2.5.4 各類防水礦（巖）柱的合理留設

留設防水礦（巖）柱必須遵循安全、有效、少丟礦的原則。合理留設防水礦（巖）柱，既可用以保護防水閘門（墻）免受開采破壞，又可與防水閘門（墻）連結成一個完整的隔離帶。

2.5.5 礦井排水

多事故大水礦井在加強防治水工作的同時，必須按GB16423-2006《金屬非金屬礦山安全規程》規定的抗災搶險的排水能力建立相應的防水系統。

①水倉：水倉容量要符合GB16423-2006《金屬非金屬礦山安全規程》的規定，保證能在一定的時間內存儲一定的涌水量，以便能有緩沖時間來排除排水系統的一些偶然停運故障。

②泵房：按設計要求安裝足夠臺數的水泵及相應的配電盤和開關。

③排水管道：其管徑要與水泵能力相匹配，其趟數要與總設計排水能力相匹配，其壁厚要與相應的揚程相適應，這些應由設計部門選型。礦山管理人員需要掌握不同直徑管路的通水能力。

④水泵：水泵的選型要依據揚程、排量和匹配的管徑以及電動機類型、電壓等綜合分析確定。其臺數與排水能力必須符合GB16423-2006《金屬非金屬礦山安全規程》有關規定。根據生產實踐和防治水的需要，一個泵房最合理的水泵選型應該是：潛水泵和臥泵配套使用，經常涌水量部分一般由臥泵排除，潛水泵主要用于排大水或搶險抗災使用。

⑤供電系統：供電系統要與水泵供電負荷相匹配，并保證雙電源雙回路供電，以便一路電源發生故障時，另一路電源能立即供電，保障排水系統的不間斷正常工作。

3 結論

鄂東水患危害嚴重的礦山，單一充水水源或單一充水通道的礦床是少見的。礦坑涌水大多是以某種水源為主，接受多種水源的補給，因此必須區分出主要水源和次要水源，同時還要研究采前水源和采后水源，為礦井防治水害提供有效資料。

礦山防治水應認真貫徹“防、排、堵、截并舉，以防為主”的方針。因此，應根據礦區水文地質條件，合理布設治水工程、地表防滲工程；井巷堅持探放水工作、分區疏水降壓、合理限壓疏水或帶壓開采試驗；合理布置開采巷道、留設保安礦（巖）柱；井下開采宜采用充填法采礦，消除大面積空區產生的安全隱患?？傊?，礦山防治水應走綜合防治的道路，在經濟技術條件適宜時，盡可能采用控制疏干或帷幕注漿截流措施，減少礦坑涌水量，保護生態環境。

[1]李金凱.略論華北煤礦床奧陶系灰巖水突水特征及防治 [J].煤田地質與勘探，1981年05期.

[2]田永生.山東冶金礦山防水疏干中的幾個問題 [J].金屬礦山,1986年02期.

[3]李滿洲，王繼華，鐵平菊等.河南夾溝鋁土礦床突水機理與防治方法研究 [J].水文地質與工程地質，2006，33（5）：85-89.

[4]辛小毛，王亮.大水金屬礦山防治水綜合技術方法的研究 [J].礦業研究與開發，2009年02期.

[5]盧萍，侯克鵬.帷幕注漿技術在礦山治水中的應用現狀與發展趨勢 [J].現代礦業，2010年03期.

P2[文獻碼]B

1000-405X（2015）-11-337-2