宜丰新庄铜铅锌矿地下水综合防治技术

2018-07-27杨建安洪安娜

金属矿山 2018年7期

杨建安洪安娜

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌330032）

宜丰新庄铜铅锌矿为改扩建矿山，2003年开始筹建，2006年正式投入生产，采矿规模从最初30×104t/a扩建为现60×104t/a。该矿体的直接顶底板为富水性中等的黄龙组～船山组近矿大理岩（内灰岩），间接顶板为富水性强的黄龙组～船山组灰岩（外灰岩），内、外灰岩被火成岩主岩枝隔开。该矿属于矿体顶底板直接充水，以溶洞充水为主的水文地质条件复杂的岩溶充水矿床。由于建设初期没有采取防治水工程，西回风斜井在开拓时，曾因浅部南雄组（KR2Rn）底部砾岩突水影响工期数年，稳定突水量300 m3/h，并引起了地面的塌陷开裂。采取地下水综合治理措施后，矿山建设顺利，井下实现了安全高效采矿。

1 矿区水文地质条件

矿区位于江南台隆的萍乡—乐平台陷与九岭—高台山台拱之接壤部位，宜丰—景德镇深断裂的旁侧。全区降雨量充沛，多年平均降雨量1 585.3 mm。狮水河为矿区东部地表水系，流量0.59～47.755 L/s。矿区岩溶地下水主要接受大气降水入渗补给、侵蚀丘陵基岩风化裂隙水侧向补给及洪水期地表水的短暂补给。自然条件下主要通过泉水排泄，矿山开采期间主要通过人工排泄。

1.1 含隔水层水文地质特征

矿区含水层组主要有第四系冲洪积层及残坡积层、南雄组（KR2Rn）底部砾岩、二叠系栖霞组灰岩（PR1Rq）和石炭系黄龙-船山组灰岩（CR2Rh-CR2Rc）；隔水层组主要为元古界双桥山群（PtR2Rsh）绢云母千枚岩、斜长花岗斑岩（γoπP3PR5R）。

第四系含水层厚度不大，富水性弱，为矿区次要含水层。

南雄组（KR2Rn）底部砾岩分布在矿区南部，北界在103、904、2303、2905等孔一线。向南东方向厚度逐渐增大，最厚可达300 m以上，大部被第四系覆盖。岩性主要为砖红色砾岩，岩溶现象发育，抽水试验q=2.975 L/（s·m），渗透系数K=1.707 m/d，强富水性。

二叠系栖霞组灰岩（PR1Rq）主要为石灰岩，分布于矿区的北部。石炭系黄龙—船山组灰岩由白云质灰岩及大理岩等组成，被主岩枝分为内外灰岩，近接触带部分被矿化，这2个地层为1个含水岩组。外灰岩单位涌水量q=1.74～1.85 L/（s·m），渗透系数K=0.906～2.397 m/d，内灰岩中单位涌水量q=0.013 6～0.095 L/（s·m），K=0.017 9～0.279 m/d。

矿区岩溶在平面上主要分布于村前主岩体的北接触带、狮水河两侧、南雄组沉积盆地边缘。在垂向上，-220 m标高以上岩溶发育，溶洞多见，-220 m标高以下岩溶不发育。-220 m标高以上为主要含水带，-220～-430 m含水较弱。主岩枝外侧接触带且有矿体分布的地段岩溶也很发育，而且岩溶发育的深度相当大。岩溶发育形态以溶洞为主；岩溶发育特征见表1所示。

矿区发育有近南北向F1、F2断层，F1位于5～7线之间、F2位于15～17线之间，这2组断层皆为成矿前断层，后期遭村前主岩枝插入，均为阻水断层。

1.2 主岩枝水文地质特征

主岩枝由斜长花岗斑岩（γoπP3PR5R）组成，透水性较差（K=0.017 3 m/d），主岩枝呈东西向发育，倾向北，在4线偏东～23线以西，发育封闭且完整，13～23线之间主岩枝厚度较薄。在23线及23线以东主岩枝顶部存在缺口。

主岩枝作为隔水体，减缓了内、外侧的水力联系及内侧地下水的流动性。

2 地下水综合治理措施

本矿水文地质条件复杂，经分析及研究采取“以堵为主，以疏为辅，疏堵结合，地表井下联合治理”的综合防治水措施［10］，着重避开富水性强的外灰岩对采矿的影响。一方面，采用留设保安矿柱、主岩枝补强、上向水平分层充填法采矿保护主岩枝的隔水性能。另一方面，利用注浆帷幕堵截外灰岩地下水向矿坑的径流通道，生产、基建过程中探放水、封闭不良钻孔预防采矿过程中的突水现象，消除矿山突然涌水的可能性。另外，建立了矿山地下水位观测系统监测矿坑周围地下水位，确保内灰岩地下水位降至开采标高以下，实现安全开采。

矿山采取的综合地下水治理措施主要如下。

（1）生产、开拓巷道超前探、放水，坚持“有疑必探、先探后掘”的探水原则。

（2）-105 m、-185 m中段接合穿脉巷道施工丛状放水孔放水［9］，-105 m中段施工了2个放水硐室，6个放水孔，放水孔长度30～70 m。-185 m中段施工了1个放水硐室，共有3个放水孔，放水孔长度约40 m。放水孔开孔直径110 mm，终孔直径不小于91 mm，水平孔的仰角为1°～5°，放水硐室大小为3.0 m×3.0 m×2.5 m。

（3）23线帷幕注浆堵水工程，23线为东部地下水狭窄进口，进水段宽150 m，南北两端为火成岩隔水体，南北两端所夹内灰岩面积最小。注浆帷幕线帷幕全长300 m，南北向沿23线布置，长200 m，东西向从17线至23线，长100 m。帷幕线注浆平均孔距10 m，帷幕底界标高-200 m，孔深30 m至260 m，设计注浆孔钻探总长5 000 m。帷幕设计整体透水率为5 Lu（K=0.06 m/d），帷幕检查孔压水试验达到0.58 Lu（K=0.007 m/d），帷幕结石体塑性强度大于3.3 MPa，渗透系数小于0.002 5 m/d。

共有19处。平泉市的街旁绿地总量不多，且规模都偏小，超过5000m2的绿地2处，面积1000-3000m2的绿地有8处，面积不足1000m2的绿地9处，可见，这些街旁绿地虽然在城市中做到了见缝插绿，但总量远远不够。

（4）采矿采用上向水平分层胶结充填法，防止采矿活动对主岩枝产生破坏，保护矿区地表。

（5）老钻孔补封及主岩枝加强。矿山对东部以13线为界，西到7线，南到904孔，北到906孔，东西长200 m，南北宽250 m，面积约50 000 m2的主岩枝薄弱部位或附近的17个封闭不良钻孔进行了补强水泥注浆【7】。封孔采用高标号水泥，封孔段抗压强度为所受水头压力的2倍。17线主岩枝较薄，利用补封钻孔加厚主岩枝，再封孔。

（6）地下水观测系统，设观测孔14个，内灰岩观测孔1个，外灰岩观测孔12个，内外灰岩兼顾孔1个，为矿山取得了系统的地下水位统计资料。

（7）矿山早期采用煤炭系统经验公式按水平及垂直方向上留设了81.8 m的防水矿柱。现根据研究论证成果，按水平方向20 m，垂直方向40 m留设保安矿柱。目前矿山井下未新增出水点，出水点水量稳定，证明防水矿柱的留设较为合理，起到了保护主岩枝不受破坏的作用。

3 治水效果

3.1 矿坑涌水量

设计阶段以矿山水文地质报告为基础采用水平集水廊道+半大井公式预测-225 m中段矿坑地下水涌水量为76 920 m3/d。矿山2011年开始对东部23线构筑注浆帷幕，注浆补强局部主岩枝厚度，封堵顶板老钻孔等防治水工程施工，2012年基本结束。2012—2014年矿山进行60万t改扩建工程基建，生产开拓巷道逐步拉开，-105 m、-225 m中段施工放水孔，放水量由321 m3/h稳定到2016年底187 m3/h。从图1可以看出，采取综合防治水措施后的2015年、2016年，-225 m以上中段涌水量稳定在4 500 m3/d左右，减小地下水量达94%，说明已实施的防治水工程取得了显著的治水效果［3-4］。