三面环湖的凹陷露天矿采区防洪技术研究

谭清燕，罗来林，吴国华，王 晟，蔡 璋

（江西铜业集团有限公司 城门山铜矿，江西 九江 332100）

1 引言

磨江西铜业股份有限公司城门山铜矿是一座已探明的以铜硫为主、伴生金银的大型露天铜矿［1］，矿石储量达2.2亿t，目前二期日处理量达7000t/d。城门山铜矿地处亚热带湿热气候区，湿润多雨，年平均降雨量1420mm，最大降雨量2165.7mm。矿区三面环湖［2］，矿体赋存位置从平面看，部分矿体位于湖区，从垂向看，绝大部分矿体在侵蚀基准面（湖岸线：标高14m）以下。矿岩松软、破碎，地表水体发育、地下涌水量大，工程地质、水文地质条件极为复杂。

作为国内少见三面环湖且工程水文地质极为复杂的凹陷露天矿山，城门山铜矿每年汛期安全、环保压力极大，能否平稳度过汛期，是关系到矿山能否正常生产运营的重大问题。城门山铜矿采矿场经过多年的探索研究，理清了防洪度汛方案编制思路，总结出了一套完善的防洪度汛方案编制流程［3］。

2 防洪度汛方案编制存在的难题

2.1 采区防洪能力量化过程复杂［4］

在方案编制前，需要确定在现有条件下采区防洪能力能否达到开采设计标准。城门山铜采区防洪能力确定需要考虑采区排水能力、蓄水能力、总汇水量、等基本参数，同时作为临湖开采的凹陷露天矿山，承担着重大的环保责任，清污分流、因各种方面原因造成排水受限等问题同样应该纳入防洪能力的计算范畴，整个防洪能力量化过程较为复杂。

图1 采区周边地表水系情况

2.2 采区防洪能力提升困难

作为国内少见的三面环湖的凹陷露天矿山，采区汛期总汇水量极大，提升采区防洪能力成为了防洪度汛的重点工作。目前采区排水设备整体排水能力仅仅符合设计标准，未有余量，而随着采区现状变化及由各种因素造成限制排水情况的发生，采区排水能力开始“捉襟见肘”；同时因为三面环湖带来的环保压力巨大，部分封闭圈以上汇水保险起见仍导入至采区，造成采区防洪压力进一步提升。在采区排水能力短期无法提升、限制排水、环保责任大等现实情况下，采区防洪能力的提升较为困难，需要打破常规思维，从其他方面提升采区防洪能力。

2.3 采区防洪重点较多，对防洪力量合理布置要求高

采区特殊的地理位置给防洪力量的布置提出了更高的要求，如暴雨期间截排水系统的维护，水位上涨过快时采区截水系统布置，排水设备的维护等，整个采区防洪重点较多，且较为分散，如何科学合理的布置采区防洪力量，确保防洪预案启动后人员设备可以高效有序的运转起来，这也是防洪方案必须解决的问题。

3 防洪度汛方案编制流程

3.1 采区防洪能力的确定

城门山铜矿+14m为封闭圈，境界内+14m以下为凹陷部分，需采用机械排水。采区目前有两个采坑，分别为1#坑及10#坑，其中1#坑为九江市冶煤局开采后遗留的废弃采坑，10#坑为在采采坑。2019年两个采坑汇水面积、地下水日涌水量、容积、排水能力都不同。按城门山铜矿开采设计要求，在十年一遇三天连续暴雨强度（降雨量0.2151m/3d）下，采区1#坑、10#坑坑底淹没时间不能超过3天（坑底指的是已开拓的最低工作平台）。

3.1.1 1#坑、10#坑排水设备梳理

3.1.2 1#坑防洪能力计算

因1#坑为废弃采坑，目前整体已形成水仓，水仓顶部标高为-46m。依据矿山开采设计要求，在十年一遇三天连续暴雨强度（降雨量0.2151m/3d）下，1#坑-46m平台淹没天数不能超过3天，但由于1#坑及10#坑特殊地理位置，防洪方案确定-46.5m标高为1#坑警戒水位，防洪度汛期间水位应保持在-46.5m以下。依此对1#坑防洪能力进行计算，计算过程如下：

1#坑总汇水量Q总=Q汇水+Q涌水

Q汇水为三天内地表径流汇水量，Q汇水= 汇水面积×降雨量×地表径流系数=（3.76×104）m3/3d。

Q涌水为三天内1#坑涌水量，Q涌水=日涌水量×3=（0.56×104）m3/3d，则 Q总=Q汇水+Q涌水=4.32m3/3d。

表1 采区排水设备清单

1#坑水仓因坑底现状、淤泥层标高较难确定，故以-55m标高为基准面（水域面积为1.21×104m2），容积 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。

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

根据以上计算，1#坑水仓库容充足，且排水能力较强，整体具有较强的防洪能力，能够满足设计要求。

3.1.3 10#坑防洪能力计算

10#坑为在采采坑，目前已开拓最低作业平台为-94m平台，-94m～-106m为水仓，则按开采设计要求，十年一遇三天连续暴雨强度下-94m平台淹没天数不能超过3天。依此对10#坑防洪能力进行计算，计算过程如下：

10#坑总汇水量Q总=Q汇水+Q涌水，

Q汇水为三天内地表径流汇水量，Q汇水= 汇水面积×降雨量×地表径流系数=（12.93×104）m3/3d。

Q涌水为三天内10#坑涌水量，Q涌水=日涌水量 ×3=（1.74×104）m3/3d，则 Q总=Q汇水+Q涌水=（14.67×104）m3/3d。

10#坑水仓容积 V10#坑=9.5×104m3（-106m～-94m）。考虑到-106m水仓为今年新修筑水仓，水仓内淤泥积累不厚，实际库容仍按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（潜水泵备用）。

暴雨期间10#坑2台固定泵全部开启，三天暴雨之后剩余水量Q剩=Q总-Q排=（8.91×104）m3,水位未上升至-94m左右，即未能淹没坑底。

根据以上计算，10#坑水仓库容充足，且蓄水能力较强，整体具有较强的防洪能力，能够满足设计要求。

3.2 提升采区防洪能力举措［5-6］

城门山铜矿采区防洪能力提升举措主要在“开流节源”、“有容乃大”两个方面，即尽可能的降低采区总汇水量，提升采区排水能力，增大采区蓄水能力，从而全面提升采区防洪能力。

3.2.1 通过严格控制境界外汇水进入采区，减少采区地表径流汇水量

城门山铜矿封闭圈为+14m，封闭圈以上为清水，通过设置截水沟截水挡墙将境界外汇水导往外湖，汛期来临时，采区境界外汇水基本流入外湖，减少了采区汇水量，“减源”效果显著。

图2 采区部分区域截排水系统

3.2.2 通过运用国内主流的帷幕注浆及疏干孔技术，减少采区境界内涌水

城门山铜矿自二期扩建以来，地下水防治采用“以堵为主，以疏为辅”方案。2013年起在采区东部边坡进行帷幕注浆，已在采区东侧建成一条帷幕，堵水效果良好，减少了采区地下水涌水量。同时二期扩建在采区西部、北部地表境界外设置9口疏干井，通过抽取采区地下水循环利用或排至外湖，减少采区地下水涌水量。2019年疏干井将持续开启，经测试，疏干井开启后，1#坑日涌水量减少600m3/d，10#坑日涌水量减少800 m3/d。通过以上两种技术的运用，城门山铜矿地下水日涌水量明显减少，从源头上做到了“减源”。

3.2.3 通过采用浮动式排水系统提升采区排水续航能力，真正做到“增流”

城门山铜矿采区水仓排水目前采用浮动式排水系统，排水泵架设在特制的浮阀上，排水管线下方敷设浮管或者浮筒，通过这一系列改进，浮动式泵站可在上下两个台阶内浮动排水。相比往年采用的固定泵站，浮动式排水系统排水上限增加了近12m，使得排水系统在极端天气下水位上涨迅猛时仍能保证24小时全天候排水，避免了固定泵站可能出现的排水泵被淹没的情况发生，极大的增加了采区排水系统的“续航”能力。

3.2.4 通过提升水仓容量，确保采区蓄水能力，做到“有容乃大”

2018年采区10#坑水仓容积仅为9×104m3，2019年城门山铜矿通过不断优化采区工程布局，将水仓容积提升至11.5×104m3，大大增加了10#坑蓄水能力，提升了采区整体防洪能力。同时10#坑水仓蓄水能力的提升，也提高了采区应对短时间特大暴雨的能力，即10#坑短期防洪能力得到了提升。

图3 10#坑水仓排水系统图

图4 10#坑水仓现状

3.3 科学布置采区抗洪抢险力量

采区抗洪力量包括人员、设备、物资等［7-8］。城门山铜矿采矿场在编制防洪方案时，通过确定防洪度汛重点部位及负责人、组织机构、抢险方案等内容，对采矿场采区抗洪力量进行了科学合理布置。

3.3.1 明确采区防洪度汛重点部位及负责人

总负责人：采矿场场长 采矿场党总支书记。

各重点部位具体责任人如表2。

表2 重点部位责任人安排表

3.3.2 建立抗洪抢险组织机构

通过成立采矿场抗洪抢险队，抢险队下设1办公室和6分队，抢险办公室及各分队分工明确，在总负责人及具体责任人的带领下各司其职，完成采区抗洪抢险任务。

图5 采矿场防洪度汛指挥机构网络图

3.3.3 制定采区抗洪抢险方案

通过制定抢险方案，明确防洪方案启动标准、队伍组织程序、车辆设备物质分配等问题，确保在防洪方案启动后人员、设备、物质能够有条不紊的进行调动。

（1）防洪方案启动程序。防洪抢险办公室（调度室）积极与矿调度联系，在场早调会上通报当天及近期的天气预报情况。当预报降雨量25～50mm/24h时，场调度室当即向场主管领导汇报，通知抢险各分队做好抢险准备；当预报降雨量达50mm/24h以上时，启动防洪度汛方案，场调度室当即向场长汇报，并通知抢险各分队，各分队必须在规定时间内赶到各自防洪现场。

（2）抢险队伍的组织。

①防洪抢险队伍由场领导、防洪抢险办公室（调度室）及六个抢险分队组成，各分队由队长指定专门人员参加抢险救灾，应急小组随时听候调遣。

②场领导及工段长实行24小时值班，暴雨期间，各工段、室需安排防洪救援人员值班，具体安排由防洪抢险办公室下达指令。

③防洪抢险队集合地点：采矿场办公楼。

（3）抢险车辆、设备调配。汛期场属车辆、设备必须在规定时间内停放到指定地点，由防洪值班领导负责调度。

4 结论

采区防洪度汛方案编制工作是一项影响矿山安全、环保、生产经营的重点工作。虽然采区每年的生产实际情况不同，但防洪方案的编制却有章可循，通过确定采区防洪能力、制定提升采区防洪能力措施、布置采区抗洪力量这一套标准流程，将采区各项防洪度汛工作纳入到防洪方案之中。在当前安全环保高压态势常态化的大背景下，在行业竞争日趋激烈的行业形势下，城门山铜矿采矿场通过不断完善防洪度汛方案编制流程，理论与实践并举，为矿山安全、环保、生产经营工作保驾护航。