矿山防排水设计实践及建议

刘国栋

(中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

1 矿山概况

江铜银山矿1958年建成设产，经历近50多年的开发与建设，已发展成为一个露坑联合开采的采选综合型企业，且主要以露天方式开采九区铜金硫矿，采用地采方式开采铅锌银矿。银山矿区矿段划分及矿体分布平面见图1。

图1 银山矿区矿段划分及矿体分布平面图

露天矿开采始于1992年，设计规模800t/d，2006年扩建到2 500t/d，2010年10月再次改扩建，露天生产规模为5 000t/d，于2012年底建成投产，露天矿进入+72m封闭圈以下，形成凹陷露天开采。+72m封闭圈以下大气降雨等汇集水采用分阶段的机械排水方式集中扬至废水处理厂高位水池，进入废水处理系统进行处理。露天开采现状见图2。

图2 露天开采现状示意图

图3 现有地下开采开拓系统示意图

地下开采始于1958年，矿区侵蚀基准面以上采用平硐开拓，矿区侵蚀基准面以下采用3条罐笼井开拓，开拓中段包括+50、-5、-60、-105、-150、-195、-240、-285、-330m等9个中段，采用空场法回采。平硐开采早已结束，现生产中段为-240、-285m和-330m。由于坑采生产能力小，随着地下开采向深部延伸，逐渐形成了各中段、分区的排水设施，逐步形成了地下多级接力排水系统，主要包括+50、-5、-60、-150、-240、-330m中段及南山水泵房。现有地下开采开拓系统见图3，现有坑内开采排水系统见图4。

图4 现有坑内开采排水系统示意图

银山矿区位于江南多雨地区，降雨强度大，雨季时间长。地下开采采用空场法，经过50多年的生产，形成了多中段、多采空区的现状，尤其浅部接近地表的采空区，部分跨塌，形成了塌陷区、松动区，给井下排水造成压力，给矿山安全生产带来隐患。加之露采与地采在空间上存在交叉，露天开采已揭露部分原地下开采工程，随着露天采场向外围扩帮及向下延深，揭露了更多的原地下开采巷道或采空区，导致露天采场与地下开采工程贯通，见露坑联合开采复合图5。洪水期极易形成地表降雨汇水通过露天采场进入地下采空区，形成洪水倒灌井下发生灾害，给矿山人员设备及安全生产造成威胁。2011年6月中旬、2015年6月上旬，银山矿区发生两次特大洪灾，洪水由露天坑通过揭露的相互连通的巷道、空区、竖井石门、斜井等倒灌泄入井下各中段。虽然坑内设有多处接力泵站排水，但由于上部各泵站设置分散，排水能力严重小于坑内涌入的水量，致使下部多段接力排水失效，井下最低两个生产中段被淹。

图5 露坑联合开采复合示意图

2 防排水设计与实践

2.1 水文地质工作调查梳理

银山矿露采在未形成凹陷露采坑之前，50多年的开采证实了矿区水文地质条件简单。2007年10月江西有色地质勘查四队资源储量的核实报告中根据矿山月排水量资料反算主要中段的日涌水量也印证了这一点，见表1。随着露采扩产加快形成凹陷坑，并揭露到井下已有巷道和塌陷松动区，矿坑涌水量相应增加，在暴雨期间表现更明显。近几年旱季涌水量在3 000～5 000m3/d，最大涌水量可达40 000～60 000m3/d。根据主要泵站开泵时间推算的2011年1月～2015年6月的日涌水量曲线见图6。其排水量曲线对应的露天坑开采深度为+30m至-48m，正是井下空区比较集中的地段。露天坑暴雨汇水沿坑采巷道直接下灌。第一次是2011年6月15日，12h内降雨210.3mm。当时露天坑揭露了+50m中段巷道和采空区，露天坑底无法存水，雨水汇集后直接进入坑采巷道，造成-330m和-285m两中段被淹,估算涌入井下的水量12万m3，本次水灾是由于露天封闭圈尚未闭合、边坡截洪沟没有完工导致周边大面积的汇水进入露天坑，露天坑又与揭露的井下工程贯通，洪水倒灌井下形成；2015年6月2日，8h降雨量241.2mm，其间最大小时降雨量72.6mm，2h降雨量117.3mm，导致-330m中段被淹。但此次暴雨期间，露天坑底已经具备一定的存排水能力，积水量约5万m3,估算涌入井下的水量小于8万m3，这次水灾中露天边坡完善了截洪沟并发挥了截流作用，但井下各中段密闭墙、挡水墙、防水门设置及扩容后的排水泵站仍在完善中。

表1 银山矿2003年～2006年井下排水量统计表 m3/d

注：图6中的水量未包括目前已不再开采的南山区的排水量。2011年最大水量未包括淹井期间排水量。图6 银山矿区矿坑日排水量曲线图

2.2 防排水设计思路

总体原则是：露天坑周边汇水，利用露天边坡截洪沟把水导流到露天坑外排水系统；露天坑内汇水，利用露天坑排水设施排放，并合理安排露天采掘计划，尽量做到在旱季揭露井下巷道工程，做好封堵工作；通过露天坑揭露的巷道泄入井下的涌水，在井下利用挡水墙、密闭墙、防水门及泄水通道，疏通到排水泵站，再排出地表，重点是井下防排水。

鉴于银山矿露坑同时开采，井下有9个中段，接力排水系统分散，排水能力有限，还要在不间断矿山生产的状况下，尽早形成最大涌水时的露坑防排水能力，因此已有的排水泵站不能全部废弃，还必须有选择的加以利用，并辅以新建排水系统，共同承担矿山的排水任务。经水文地质预测坑内最大涌水量为8万m3/d。井下设计新建两级排水泵站，第一级泵站设在-60m中段，能力40 000m3/d，排水管路由1#竖井排出地表，基于该标高以上集中了众多浅部采矿巷道、采空区，故坑内涌水不大于40 000m3/d应尽量在上部排出地表，可节省排水费用，且涌水大于40 000m3/d时可延迟涌水下泄；第二级泵站设在-240m中段3#竖井附近，能力也是40 000m3/d，通过排水钻孔直接排出地表，坑内总排水能力为80 000m3/d。新建两级泵站完成后，-60m以上仅留用-60m原有泵站，-60～-240m间原排水系统可弃用，但最低-330m中段排水泵站需要保留。

2.3 防排水设施建设

在通盘梳理银山矿露天及井下已有开采工程后，井下原有+50、-5、-60、-105、-150、-195、-240、-285m和-330m 9个中段共设置13堵挡水墙、19堵密闭墙、7座防水门,并回填了一条地表通达-60m中段的2#竖井，在-60、-240m中段各新设置了一座40 000m3/d排水能力的泵站，排水管道直达地表，形成井下80 000m3/d的总排水能力，目前运行平稳。

3 问题及建议

银山矿坑内排水泵站设计中，水泵小时排水能力是按>Qmax涌水/24(Qmax涌水=80 000m3/d,Qmax涌水/24=3 333m3/h)的昼夜小时平均涌水量计算得来,满足《金属非金属矿山安全规程》的要求。但是银山矿最大涌水量有特殊性，Qmax涌水=80 000m3是在8个小时内涌入的，也是一个昼夜的最大涌水量，若按此计算(Qmax涌水=80 000m3/8h,Qmax涌水/8=10 000m3/h)小时涌水量与前述相比是3倍关系，正是基于这样的分析，设计中第二级泵站设在了-240m中段，而非最低-330m中段。

建议Qmax涌水的定义应细化，正如银山矿两次雨季坑内大量涌水是在一段时间内(一般都小于24h)发生的，按目前Qmax涌水的概念有可能弱化排水能力的计算。

4 结语

露坑联合开采的矿山，尤其是有不同矿种先行地下开采而后再露采的矿山，由于露采范围内存在地下工程，露采势必揭露这些工程，多暴雨季节坑内防排水就相对复杂，优化排水设计、合理布局疏堵设施是非常必要的。