新余市觀巢林場鉛鋅礦廢棄平硐封井回填技術分析

張佳運，牛潤瀚，羅 威

新余市觀巢林場鉛鋅礦位于新余市350°方位、直距約8公里處，渝水區觀巢鎮林場內，于上世紀九十年代進行礦山開采活動，2008年關停，主要開采鉛礦、鋅礦等。礦山關閉后的廢棄平硐涌水量較大，水中的鋅、鉛和pH均超出《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）標準值，礦硐涌水直接流入孔目江，且硐口距新余市第四水廠二級保護區較近，對第四水廠構成較大威脅，急需開展封井回填工作。

1 礦區地質概況

1.1 地層

主要地層為泥盆系，沿溝谷和緩坡地段有第四系零星分布。

（1）泥盆系上統佘田橋組（D3s1- D3s2）

分布于礦區南緣，D3s1厚約60m，下部為灰白色、紫紅色中粗粒含云母石英砂巖，夾灰白色細砂巖，以中粗粒及含較多云母為特征，上部為灰綠色、灰白色、中細粒中厚層狀石英砂巖，夾薄層狀砂質頁巖；D3s2厚約47m，巖性為灰白色、淺紫紅色、灰綠色鈣質粘土巖、頁巖、鈣質粉砂巖，中下部夾0.5-1.2m花斑狀、緬狀、豆狀赤鐵礦層。

（2）泥盆系上統錫礦山組（D3x1- D3x3）

D3x1分布于礦區中部和南部，是泥巖一細碎屑巖型鉛鋅銀礦床的賦礦層位，厚約97m，巖性為淺灰綠、紫紅色石英砂巖、粉砂巖、細砂巖、黑色炭質頁巖、含錳粉砂巖、泥巖、灰巖。

D3x2分布于礦區中部，厚約60m，巖性為灰白、淺灰色厚層狀石英砂巖、石英砂巖、石英細砂巖、粉砂巖。

D3x3分布礦區北部，厚大于110m，巖性為淺灰黑、紫雜色頁巖、粉砂巖，層間夾有似眼球狀（20×10cm或者10×5cm）鈣質粉砂巖。

（3）第四系全新統（Q4）

分布于礦區東北部，為殘坡積層及沖積層，由粘土、亞粘土及碎石組成。

1.2 構造

礦區構造主要有斷裂和節理構造。

1.2.1 斷裂構造

礦區斷裂構造發育，按其產狀劃分主要有NE、EW、NW、SN向四組，以NE和EW向斷裂為主。

（1）EW向斷裂

EW向斷裂主要有F1，F1是港背斷裂帶一部分，為礦區主干斷裂，西起131線、往東延伸出礦區，在礦區出露長近600m，寬0.45-12m，為成礦前張性正斷層，走向東西、傾向北、傾角65°-75°，斜斷距80-110m，斷裂帶受后期構造熱液活動影響，充填含Au、Ag成礦溶液，成為礦區破碎帶蝕變巖型金礦的控礦容礦構造。

（2）NW和SN向斷裂

NW向斷裂主要有：F2、F5。

SN向斷裂主要有：F22。

（3）NE向斷裂

主要有 ：F7、Fu、F4。

礦區主要斷層的特征：

①F3：走向70°，傾向E，斷層性質為逆掩斷層，規模長160m，主要依據為D3s2覆蓋D3x1。

②F2：走向300°，傾向SW，斷層性質為正斷層，規模長300m，主要依據為D3s2于D3x1走向接觸。

③F5：走向290°，傾向NE，斷層性質為橫斷層，規模長200m，主要依據為D3s2于D3x1接觸。

④F10：走向280°，傾向N，傾角65°，斷層性質為正斷層，規模長230m，主要依據為D3x1中斷裂。

⑤F11：走向50°，傾向NW，斷層性質為正斷層，規模長210m，主要依據為D3s2于D3x1接觸。

⑥F14：走向60°，傾向NW，傾角67°，斷層性質為正斷層，規模長100m，主要依據為D3s2于D3x1接觸。

⑦F17：走向65°，傾向NW，傾角85°，斷層性質為正斷層，規模長240m，主要依據為D3x1中斷裂。

⑧F22：走向350°，傾向E，斷層性質為正斷層，規模長270m，主要依據為D3s2于D3x1接觸。

⑨F28：走向45°，傾向NW，斷層性質為橫斷層，規模長560m，主要依據為D3s1、D3s2、D3x1走向接觸。

1.2.2 節理

礦區節理發育，根據節理統計，礦區節理可分為三組：第一組，走向東西，傾向南為主，傾角55°-85。第二組，走向北西，傾向北東或南西，傾角38°-85°。第三組，走向NE，傾向北西為主，傾角45°-80°。從節理的產狀要素可以看出，節理與礦區構造主應力發育方向一致。其中第一、二組較為發育，并多被后期成礦熱液所充填。

1.3 巖漿巖

礦區巖漿活動不甚強烈，僅礦區南東有花崗閃長斑巖脈出露。

1.4 水文地質條件

觀巢林場鉛鋅礦所在區域屬低山—丘陵地貌，南、東、西三面隆起，北面地勢平緩開闊，構成一個相對獨立的水文地質單元，周邊地勢最高點為仰天崗海拔414m，北面是項目區水系的排泄口，海拔85m，最大相對高差311m，山形較陡峻，坡度一般均在20—40°之間，區內地表水、地下水排泄條件良好。

礦區為剝蝕較強烈的低山丘陵地貌，周邊山嶺相連，形成北面開口的簸箕狀地貌，構成一個獨立水文地質單元，礦區地表水體主要是溪流匯集而成的小河流，流量大小決定于溪流流量大小，溪流主要由大氣降水或第四系松散層和基巖風化層中的暫時性蓄水補給。由于礦區匯水面積小，巖石透水性弱，地形較陡峻，排泄條件好，故春夏雨季溪流流量較大，秋冬干旱季節，溪流量甚小，大部分小溪出現斷流。區內地表水系為沿山勢走向的溪流，匯聚至孔目江，流量受季節降水控制，每年4-7月雨季流量大，11月—翌年2月旱季流量較小，大部分溪流在旱季枯竭斷流。

礦區主要分布有第四系孔隙含水層，基巖風化帶含水層和基巖構造裂隙含水層（帶）三種類型。第四系孔隙含水層主要分布于河、溪兩側及洪積扇和山麓地帶，厚度小，埋藏淺，透水性好，受降水補給快，水位變化大，均以泉水出露地表或側向補給河、溪。基巖風化帶含水層是礦區主要含水層，分布較廣，厚度變化大，據礦區17個鉆孔資料統計，其厚度在3.63-34.32m不等，平均厚度15.17m，地下水主要賦存于強烈風化帶中，該含水層是構造含水層（帶）的主要補給源，也是未來礦坑充水主要因素之一。基巖構造裂隙含水層（帶），是微弱含水巖層受構造影響，在局部地段形成一定規模的構造含水帶，與上部風化帶含水層無明顯界線，其水力聯系非常密切，淺層地下水通過斷層破碎帶及裂隙進入坑道。該含水層（帶）將是深部礦坑充水的主要水源。

未經風化和構造破壞較弱而裂隙不發育的基巖，巖性組合為粉砂巖與泥頁巖互層，基本上不透水或弱透水，透水性極差，鉆孔簡易水文觀測資料中大部分鉆孔均返水或吸水量極小，形成相對隔水層。

觀巢林場鉛鋅礦區大部分巖石堅硬致密，含水性微弱，透水性差。第四系松散層沿溝谷帶狀斷續零星分布，厚度1—4m，不能構成較大的含水層。區內無較大地表水體和較大導水、含水構造，大氣降水是礦坑充水的主要來源。

礦區地表水和地下水均由大氣降水補給，由于基巖地下水位均高于附近地表水系，即總體是地下水向地表水補給，但雨季河、溪暴漲水位抬高，形成地表水補給第四系潛水層或風化帶含水層，故地表水與各類地下水水力聯系密切，開采后地下水位受人為破壞，地表水更有可能補給地下水，形成一種互補條件。

由于地表水排泄條件好，不利于地下水積聚，而且基巖透水性較弱，地下水接受大氣降水補給能力較差，其徑流量亦小，地下水通過淺部含水層由高處向低處徑流，最終以泉的形式排泄地表。

礦區屬透水性較差地區，基巖風化帶及基巖裂隙含水層（帶）富水性差；第四系松散孔隙含水層在礦區分布較少，未形成一定規模含水層，且富水性較弱，泉水流量均小于1升/秒，多以間歇性下降泉形式出露，地表水由于補給范圍較小，水量僅可滿足日處理≤300噸礦石量的中小型礦山生產規模，至于礦山生產發展規模＞300噸日處理量或遇干旱年月，生產生活供水水源有待孔目河解決。

綜上所述，項目區水文地質條件屬簡單類型。

1.5 工程地質條件

泥巖-細碎屑巖型鉛鋅銀礦床，礦體厚2-3m，礦石為塊狀黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦礦石，礦石比較堅硬，具可采性。礦層被斷層破壞不大，一般斷層落差僅有1m。礦層底板為堅硬灰白色石英砂巖，是采礦有利條件。但礦層產狀平緩（傾角10°-25°），而且是隱伏礦床，礦層頂板為松軟遇水后堅固性極差的含細晶狀黃關礦碳質泥頁巖和鈣質粉砂巖，不穩固，易崩垮，需支護，是采礦不利條件。

破碎帶蝕變巖型金礦，呈陡傾斜（傾角60°-75°），對開采有利，但礦帶破碎厲害，裂隙水發育，而且上盤有0.5-1.0m白色、灰色斷層泥，比較易滑崩，構成開采不利因素。

泥巖—細碎屑巖型鉛鋅銀礦體的含礦地質體為含礫石英砂巖，單軸抗壓強度61.4—127.6MPa之間，屬半堅硬、堅硬巖石。礦體頂板圍巖與礦體大多數為同一巖石類型，有一致的力學性質。糜棱巖化砂質千枚巖，單軸抗壓強度65.0—75.0Mpa之間，亦屬半堅硬、堅硬巖石；礦體底板千枚狀板巖及粉砂巖、石英砂巖離礦體較遠，為礦體間接頂板圍巖，單軸抗壓強度為70.0—90.0Mpa之間，屬堅硬巖石。從巖石力學性質測試結果可以看出礦床及其底板巖體屬半堅硬型。

1.6 環境地質條件

礦區地處低山-丘陵過渡地帶，屬構造剝蝕地貌區，山坡坡度一般在20°～40°之間，坡度較平緩，局部在抗風化強的巖性地段，形成小陡坎；自然溝谷中未發現滑坡、坍塌等現象。區內植被發育，地表水逐流途徑較短，不易形成泥石流等地質災害。綜上所述，本區在自然條件下，不具發生地質災害的隱患，自然環境地質條件較好。

未來礦山開采過程中礦渣堆積、選礦尾砂堆積以及選礦廢水的排放對本區自然環境有一定的影響。

2 平硐概況

2.1 平硐PD1

PD1硐口結構較為完整，走向225°，硐口未封閉，井筒未充填，平硐未治理，井壁質量差，易發生塌陷，存在嚴重的安全隱患。平硐涌水量大，水中鉛、鋅、pH等因子超標，對環境危害較大。

2.2 平硐PD2

PD2硐口結構較破碎，走向135°，硐口僅進行了簡單處理，井筒未充填，平硐未治理，井壁質量差，易發生塌陷，存在嚴重的安全隱患。平硐涌水量大，水中鉛、鋅、pH等元素超標，對環境危害較大。

3 平硐回填方案推薦

3.1 臨時支護封井回填

（1）清理通風。用泥漿泵將硐子底部的污泥抽出，以滿足施工條件。在離井口20m距離處分別安裝2×30KW局扇2臺，且保證實現雙風機雙電源供電，且能實現自動切換。

（2）臨時支護。為保障施工安全，需要對巷道進行臨時支護，每個巷道支護長度22m，按4m的間距和3m的高度支護2列，共需20cm杉樹10m3。

（3）平硐封井回填。針對平硐，距離井口22.0m處砌筑混凝土墻，采樣用C30砼砌筑灌封，砌筑厚度1m，距離井口21～1m之間采用黃泥或黏土材料填充夯實，壓實系數不小于0.94，距離井口約1m處砌筑混凝土墻，采樣用C30砼砌筑灌封，砌筑厚度1m，其中砼砌筑采用雙層網格狀鋼筋骨架，骨架嵌入巖體內0.5m，鋼筋間距為0.2cm，混凝土標號為C30，每層16mm鋼筋網需鋼筋67.5m，共4層，鋼筋1.58kg/m，共0.43t。

3.2 鉆探帷幕注漿

（1）物探確定硐子走向和施工位置。施工前通過物探方法確定硐子走向，設計高密度電法測線長200.0m，并通過試鉆驗證隧洞位置，試鉆深度約23.0m，確定鋼管樁和澆筑孔的位置。

（2）砌筑混凝土墻。距離井口22.0m處，采用地質鉆機鉆進，開孔Φ150，打穿底板下1.0m長，下Φ146套管，單個孔深約25.5m（揭露硐頂22.0m，平硐高2.5m，嵌入底板1.0m；鋼管內灌注C30細石混凝土，形成鋼管樁，鋼管樁垂直隧洞軸線梅花形布置，共13個孔，外間距大于11cm。按上述施工工藝在距離井口1.0m處，砌筑第二道混凝土墻，共13個孔，單個孔深約0.5m。

（3）澆筑混凝土支擋體。在兩排鋼管樁內側約0.5m處在隧洞頂板上分別布置3個混凝土澆筑孔，亦采用地質鉆機鉆進，可以采用泥漿護壁，開孔Φ171，鉆穿隧洞頂板即可，深度約21.0m和1.0m，然后下套管，再通過套管灌注C30混凝土，混凝土灌注量約，13.2m3，要求混凝土坍落度60mm～100mm，卵石骨料、粒徑不大于40mm，酌情添加早強劑，同時有緩凝措施，準備充足的混凝土量。開始澆灌時要求管口離隧潤底板50cm左右，估計混凝土的上升速度而反復拔插套管，并逐漸提高套管，有條件時在相鄰孔放下振搗棒進行振搗，最后將上述了個鉆孔全部采用混凝土封堵。

（4）距離井口21～1m之間，沿著隧道走向中心線每隔2m布置1個注漿孔，共10個注漿孔，孔深共約110.0m，亦采用地質鉆機鉆進，可以采用泥漿護壁，開孔Φ171，鉆穿隧洞頂板即可，然后下套管，再通過套管灌注帷幕漿液。單個硐子帷幕注漿鉆探總工作量 ：23×2+25.5×13+21×3+4.5×13+1×3+110=612.0m。

帷幕漿液選擇改性黏土漿液，其可注性、穩定性、抗滲性、防蝕性、耐久性較好，比水泥漿結石更加致密均勻。

黏漿液部分性能：

①水泥：黏土：水配比為1:4:6，外加劑3%，結石率100%，混合漿比重1.31，初凝時間7時42分，塑性強度1天1.47、2天3.3、3天＞3.3，28天抗壓強度0.02MPa。

②水泥：黏土：水配比為1:5:7，外加劑3%，結石率100%，混合漿比重1.312，初凝時間7時47分，塑性強度1天0.83、2天0.73、3天＞3.3，28天抗壓強度0.18MPa。

③水泥：黏土：水配比為1:5:6，外加劑3%，結石率100%，混合漿比重1.345，初凝時間7時36分，塑性強度1天0.37、2天1.47、3天＞3.3，28天抗壓強度0.02MPa。

④水泥：黏土：水配比為1:4:5，外加劑2%，結石率100%，混合漿比重1.36，初凝時間7時26分，塑性強度1天1.47、2天3.3、3天＞3.3，28天抗壓強度0.14MPa。

⑤水泥：黏土：水配比為1:4:5，外加劑2%，結石率100%，混合漿比重1.36，初凝時間7時26分，塑性強度1天1.47、2天3.3、3天＞3.3，28天抗壓強度0.14MPa。

⑥水泥：黏土：水配比為1:4:5，外加劑3%，結石率100%，混合漿比重1.365，初凝時間7時15分，塑性強度1天0.37、2天3.3、3天＞3.3，28天抗壓強度0.15MPa。

⑦水泥：黏土：水配比為1:3:4，外加劑2%，結石率100%，混合漿比重1.345，初凝時間7時20分，塑性強度1天3.3、2天3.3、3天＞3.3，28天抗壓強度0.06MPa。

⑧水泥：黏土：水配比為1:2:3，外加劑2%，結石率100%，混合漿比重1.375，初凝時間7時47分，塑性強度1天0.8、2天1.48、3天＞3.3，28天抗壓強度0.246MPa。

⑨水泥：黏土：水配比為1:1:2，外加劑1.5%，結石率100%，混合漿比重1.435，初凝時間8時52分，塑性強度1天3.3、2天3.3、3天＞3.3，28天抗壓強度1.2MPa。

帷幕施工時采用下行分段壓水、注漿的方式，該方式施工方法針對性強，能較準確的了解所注注漿段的地層滲透性，注漿段可得到反復多次地充填，堵塞。

4 回填方案確定

4.1 回填方案確定依據

主要從安全、成本和質量3個方面進行評估：

PD1原始資料缺失，采取鉆探帷幕注漿工藝成本較大，但硐口結構較為完整，可以保障支護安全，保障回填質量，建議采取臨時支護封井回填方案。

PD2硐口結構損壞嚴重，無法保障支護安全，但原始資料保存較好，可以較為準確地布置鉆探工程，建議采取鉆探帷幕注漿方案。

4.2 施工平面布置

（1）平面布置原則。①因地制宜，采用分區布置，集中管理，便于施工生產管理和生活安排。②施工臨時設施布置于現場合適地點，盡量不占或少占民用土地。③項目部建立在項目區外下游鐵山村內，生活區生活污水、垃圾進行集中處理和排放，生活污水經沉淀等方法處理后排放至村內排污設施，確保環境不受污染。

（2）平面布置的內容。①本工程的臨時設施布置于施工區附近寬闊平坦的平地上，場地內施工臨時設施布置具體見施工圖設計。②本工程項目經理部設置在離現場近的村莊里，采用租用閑置民房辦公。③本工程的生活區采用租賃形式。租住當地民房生活。④施工總平面布置主要包括混凝土攪拌系統、臨時堆料場、材料倉庫、停車場及現場辦公室、加工車間等。

4.3 施工注意事項

（1）施工安全。平硐內因年久失修，部分區域可能有坍陷，應采取臨時支護保障施工人員安全。施工完畢后，洞口設置標識標牌，提醒來往人員。

（2）二次污染防治。施工過程中，應盡量少的擾動地表土壤或填土，因施工需要確需擾動的，應做到就近堆放，做好臨時覆蓋遮蔽，防止產生淋慮廢水。施工完畢之后原位回填，禁止項目區土壤或填土外運。對平硐進行清理時將會產生一定的廢水，廢水應經過臨時沉淀措施沉淀處理后排放至原有的污水處理設施，嚴禁廢水直接外排。

（3）井口處置。平硐封填結束后應設置安全警示標志，建立標示，標注名稱、坐標、建井時間與建井單位、井筒類型與深度、封井時間與封井施工單位。

（4）定期監測巡查。施工結束后，應針對封井回填工程及周邊區域開展定期的監測巡查工作，重點針對工程質量及安全性進行監測巡查，監測頻率1 次/月，監測周期1個水文年。