三面環湖的凹陷露天礦采區防洪技術研究

譚清燕，羅來林，吳國華，王 晟，蔡 璋

（江西銅業集團有限公司 城門山銅礦，江西 九江 332100）

1 引言

磨江西銅業股份有限公司城門山銅礦是一座已探明的以銅硫為主、伴生金銀的大型露天銅礦［1］，礦石儲量達2.2億t，目前二期日處理量達7000t/d。城門山銅礦地處亞熱帶濕熱氣候區，濕潤多雨，年平均降雨量1420mm，最大降雨量2165.7mm。礦區三面環湖［2］，礦體賦存位置從平面看，部分礦體位于湖區，從垂向看，絕大部分礦體在侵蝕基準面（湖岸線：標高14m）以下。礦巖松軟、破碎，地表水體發育、地下涌水量大，工程地質、水文地質條件極為復雜。

作為國內少見三面環湖且工程水文地質極為復雜的凹陷露天礦山，城門山銅礦每年汛期安全、環保壓力極大，能否平穩度過汛期，是關系到礦山能否正常生產運營的重大問題。城門山銅礦采礦場經過多年的探索研究，理清了防洪度汛方案編制思路，總結出了一套完善的防洪度汛方案編制流程［3］。

2 防洪度汛方案編制存在的難題

2.1 采區防洪能力量化過程復雜［4］

在方案編制前，需要確定在現有條件下采區防洪能力能否達到開采設計標準。城門山銅采區防洪能力確定需要考慮采區排水能力、蓄水能力、總匯水量、等基本參數，同時作為臨湖開采的凹陷露天礦山，承擔著重大的環保責任，清污分流、因各種方面原因造成排水受限等問題同樣應該納入防洪能力的計算范疇，整個防洪能力量化過程較為復雜。

圖1 采區周邊地表水系情況

2.2 采區防洪能力提升困難

作為國內少見的三面環湖的凹陷露天礦山，采區汛期總匯水量極大，提升采區防洪能力成為了防洪度汛的重點工作。目前采區排水設備整體排水能力僅僅符合設計標準，未有余量，而隨著采區現狀變化及由各種因素造成限制排水情況的發生，采區排水能力開始“捉襟見肘”；同時因為三面環湖帶來的環保壓力巨大，部分封閉圈以上匯水保險起見仍導入至采區，造成采區防洪壓力進一步提升。在采區排水能力短期無法提升、限制排水、環保責任大等現實情況下，采區防洪能力的提升較為困難，需要打破常規思維，從其他方面提升采區防洪能力。

2.3 采區防洪重點較多，對防洪力量合理布置要求高

采區特殊的地理位置給防洪力量的布置提出了更高的要求，如暴雨期間截排水系統的維護，水位上漲過快時采區截水系統布置，排水設備的維護等，整個采區防洪重點較多，且較為分散，如何科學合理的布置采區防洪力量，確保防洪預案啟動后人員設備可以高效有序的運轉起來，這也是防洪方案必須解決的問題。

3 防洪度汛方案編制流程

3.1 采區防洪能力的確定

城門山銅礦+14m為封閉圈，境界內+14m以下為凹陷部分，需采用機械排水。采區目前有兩個采坑，分別為1#坑及10#坑，其中1#坑為九江市冶煤局開采后遺留的廢棄采坑，10#坑為在采采坑。2019年兩個采坑匯水面積、地下水日涌水量、容積、排水能力都不同。按城門山銅礦開采設計要求，在十年一遇三天連續暴雨強度（降雨量0.2151m/3d）下，采區1#坑、10#坑坑底淹沒時間不能超過3天（坑底指的是已開拓的最低工作平臺）。

3.1.1 1#坑、10#坑排水設備梳理

3.1.2 1#坑防洪能力計算

因1#坑為廢棄采坑，目前整體已形成水倉，水倉頂部標高為-46m。依據礦山開采設計要求，在十年一遇三天連續暴雨強度（降雨量0.2151m/3d）下，1#坑-46m平臺淹沒天數不能超過3天，但由于1#坑及10#坑特殊地理位置，防洪方案確定-46.5m標高為1#坑警戒水位，防洪度汛期間水位應保持在-46.5m以下。依此對1#坑防洪能力進行計算，計算過程如下：

1#坑總匯水量Q總=Q匯水+Q涌水

Q匯水為三天內地表徑流匯水量，Q匯水= 匯水面積×降雨量×地表徑流系數=（3.76×104）m3/3d。

Q涌水為三天內1#坑涌水量，Q涌水=日涌水量×3=（0.56×104）m3/3d，則 Q總=Q匯水+Q涌水=4.32m3/3d。

表1 采區排水設備清單

1#坑水倉因坑底現狀、淤泥層標高較難確定，故以-55m標高為基準面（水域面積為1.21×104m2），容積 V1#坑=（10.31×104）m3。

1#坑水泵3天排水量Q排= 日排水量×3=（0.56×104）m3/3d。

暴雨期間1#坑固定泵24h開啟，三天暴雨之后剩余水量Q剩=Q總-Q排=（1.79×104）m3,水位上升至-53.5m左右，水位遠未到警戒水位。

根據以上計算，1#坑水倉庫容充足，且排水能力較強，整體具有較強的防洪能力，能夠滿足設計要求。

3.1.3 10#坑防洪能力計算

10#坑為在采采坑，目前已開拓最低作業平臺為-94m平臺，-94m～-106m為水倉，則按開采設計要求，十年一遇三天連續暴雨強度下-94m平臺淹沒天數不能超過3天。依此對10#坑防洪能力進行計算，計算過程如下：

10#坑總匯水量Q總=Q匯水+Q涌水，

Q匯水為三天內地表徑流匯水量，Q匯水= 匯水面積×降雨量×地表徑流系數=（12.93×104）m3/3d。

Q涌水為三天內10#坑涌水量，Q涌水=日涌水量 ×3=（1.74×104）m3/3d，則 Q總=Q匯水+Q涌水=（14.67×104）m3/3d。

10#坑水倉容積 V10#坑=9.5×104m3（-106m～-94m）?？紤]到-106m水倉為今年新修筑水倉，水倉內淤泥積累不厚，實際庫容仍按9.5×104m3估算。

10#坑水泵3天排水量Q排=日排水量×3=（5.76×104）m3/3d（潛水泵備用）。

暴雨期間10#坑2臺固定泵全部開啟，三天暴雨之后剩余水量Q剩=Q總-Q排=（8.91×104）m3,水位未上升至-94m左右，即未能淹沒坑底。

根據以上計算，10#坑水倉庫容充足，且蓄水能力較強，整體具有較強的防洪能力，能夠滿足設計要求。

3.2 提升采區防洪能力舉措［5-6］

城門山銅礦采區防洪能力提升舉措主要在“開流節源”、“有容乃大”兩個方面，即盡可能的降低采區總匯水量，提升采區排水能力，增大采區蓄水能力，從而全面提升采區防洪能力。

3.2.1 通過嚴格控制境界外匯水進入采區，減少采區地表徑流匯水量

城門山銅礦封閉圈為+14m，封閉圈以上為清水，通過設置截水溝截水擋墻將境界外匯水導往外湖，汛期來臨時，采區境界外匯水基本流入外湖，減少了采區匯水量，“減源”效果顯著。

圖2 采區部分區域截排水系統

3.2.2 通過運用國內主流的帷幕注漿及疏干孔技術，減少采區境界內涌水

城門山銅礦自二期擴建以來，地下水防治采用“以堵為主，以疏為輔”方案。2013年起在采區東部邊坡進行帷幕注漿，已在采區東側建成一條帷幕，堵水效果良好，減少了采區地下水涌水量。同時二期擴建在采區西部、北部地表境界外設置9口疏干井，通過抽取采區地下水循環利用或排至外湖，減少采區地下水涌水量。2019年疏干井將持續開啟，經測試，疏干井開啟后，1#坑日涌水量減少600m3/d，10#坑日涌水量減少800 m3/d。通過以上兩種技術的運用，城門山銅礦地下水日涌水量明顯減少，從源頭上做到了“減源”。

3.2.3 通過采用浮動式排水系統提升采區排水續航能力，真正做到“增流”

城門山銅礦采區水倉排水目前采用浮動式排水系統，排水泵架設在特制的浮閥上，排水管線下方敷設浮管或者浮筒，通過這一系列改進，浮動式泵站可在上下兩個臺階內浮動排水。相比往年采用的固定泵站，浮動式排水系統排水上限增加了近12m，使得排水系統在極端天氣下水位上漲迅猛時仍能保證24小時全天候排水，避免了固定泵站可能出現的排水泵被淹沒的情況發生，極大的增加了采區排水系統的“續航”能力。

3.2.4 通過提升水倉容量，確保采區蓄水能力，做到“有容乃大”

2018年采區10#坑水倉容積僅為9×104m3，2019年城門山銅礦通過不斷優化采區工程布局，將水倉容積提升至11.5×104m3，大大增加了10#坑蓄水能力，提升了采區整體防洪能力。同時10#坑水倉蓄水能力的提升，也提高了采區應對短時間特大暴雨的能力，即10#坑短期防洪能力得到了提升。

圖3 10#坑水倉排水系統圖

圖4 10#坑水倉現狀

3.3 科學布置采區抗洪搶險力量

采區抗洪力量包括人員、設備、物資等［7-8］。城門山銅礦采礦場在編制防洪方案時，通過確定防洪度汛重點部位及負責人、組織機構、搶險方案等內容，對采礦場采區抗洪力量進行了科學合理布置。

3.3.1 明確采區防洪度汛重點部位及負責人

總負責人：采礦場場長 采礦場黨總支書記。

各重點部位具體責任人如表2。

表2 重點部位責任人安排表

3.3.2 建立抗洪搶險組織機構

通過成立采礦場抗洪搶險隊，搶險隊下設1辦公室和6分隊，搶險辦公室及各分隊分工明確，在總負責人及具體責任人的帶領下各司其職，完成采區抗洪搶險任務。

圖5 采礦場防洪度汛指揮機構網絡圖

3.3.3 制定采區抗洪搶險方案

通過制定搶險方案，明確防洪方案啟動標準、隊伍組織程序、車輛設備物質分配等問題，確保在防洪方案啟動后人員、設備、物質能夠有條不紊的進行調動。

（1）防洪方案啟動程序。防洪搶險辦公室（調度室）積極與礦調度聯系，在場早調會上通報當天及近期的天氣預報情況。當預報降雨量25～50mm/24h時，場調度室當即向場主管領導匯報，通知搶險各分隊做好搶險準備；當預報降雨量達50mm/24h以上時，啟動防洪度汛方案，場調度室當即向場長匯報，并通知搶險各分隊，各分隊必須在規定時間內趕到各自防洪現場。

（2）搶險隊伍的組織。

①防洪搶險隊伍由場領導、防洪搶險辦公室（調度室）及六個搶險分隊組成，各分隊由隊長指定專門人員參加搶險救災，應急小組隨時聽候調遣。

②場領導及工段長實行24小時值班，暴雨期間，各工段、室需安排防洪救援人員值班，具體安排由防洪搶險辦公室下達指令。

③防洪搶險隊集合地點：采礦場辦公樓。

（3）搶險車輛、設備調配。汛期場屬車輛、設備必須在規定時間內停放到指定地點，由防洪值班領導負責調度。

4 結論

采區防洪度汛方案編制工作是一項影響礦山安全、環保、生產經營的重點工作。雖然采區每年的生產實際情況不同，但防洪方案的編制卻有章可循，通過確定采區防洪能力、制定提升采區防洪能力措施、布置采區抗洪力量這一套標準流程，將采區各項防洪度汛工作納入到防洪方案之中。在當前安全環保高壓態勢常態化的大背景下，在行業競爭日趨激烈的行業形勢下，城門山銅礦采礦場通過不斷完善防洪度汛方案編制流程，理論與實踐并舉，為礦山安全、環保、生產經營工作保駕護航。