水口山铅锌矿鸭公塘区闭坑期水文地质.pdf

2 0 0 2年 1 2月 第 3 1卷第 6期 有 色 矿 山 No n f e r r o u s M i ne s De c ． ， 2 0 0 2 VO 1 ． 31 NO． 6 水 口山铅锌矿鸭公塘 区闭坑期水文地质 何 清 明 水 口山铅锌矿 ，湖南 常宁 4 2 1 5 0 4 [ 关键 词 ]闭坑 ；可行性研 究 ；水 闸施 工 ；闭坑效果 [ 摘要]介绍了鸭公塘区闭坑期水文地质可行性研究成果、 防水闸施工技术及防渗注浆技术， 并对闭坑效果 进行 了评价 。 [ 中图分类号 ]T D7 4 [ 文献 标识码 ]B [ 文章编号 ]1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 2 0 6 0 0 1 2 0 4 Hy dr 0 g e 0 l 0 g y o f Ya g o ng t a n g a r e a o n t u nne l c l o s i ng pe r i o d i n Sh u i k0 u s h a n Le a d ． z i nc M i ne HE Qi n g mi n g S h u i k o u s h a n L e a d z i n c Mi n e ，C h a n g n i n g 4 2 1 5 0 4 ，C h i n a Ke y wo r ds t u nn e l c l o s e d；f e a s i b i l i t y s t u dy；s l u i c e c o ns t r u c t i on；t u nn e l c l o s e d e f f e c t Ab s t r a c t Thi s p a p e r i nt r o du c e d t h e f e a s i bi l i t y s t ud y e f f e c t of hy dr o g e o l o g y o n t un ne l c l o s i n g p e r i od i n Ya g o ng t a n g a r e a ， s l ui c e c o n s t r uc t i on a n d pe ne t r a t i o n r e s i s t a nt b y gr ou t i n g t e c hn i q u e． The t un ne l c l o s e d e f f e c t i s r e v i e we d a l s o． 1 前 言 水 口山铅锌 矿鸭公塘 区 自 1 9 7 2年正式投 产到 1 9 9 6年 ， 共开采铅锌地质矿量 1 3 2 ． 2万 t ， 铅金属量 3 7 1 6 5 t ， 锌金属量 6 7 4 1 6 t ， 铜金属量 6 2 4 5 t ， 黄铁矿 矿石量 3 5 ． 9万 t 。截 至 1 9 9 6年底 ， 保有铅锌工业矿 量 2 3 ． 3万 t ， 铅金属量 3 0 6 7 t ， 锌金属量 1 3 7 2 9 t ， 铜 金属量 1 6 8 5 t 。保有铅锌远景矿量 1 ． 6万 t ， 铅金属 量 1 4 9 t ， 锌金属量 1 0 8 9 t ， 铜金属量 9 7 t ， 保有工业和 远景黄铁 矿石量 1 1 3 ． 7万 t 。现在 的保有 储量 中， 1 铅锌黄铁矿与铀共生， W4 0 1 采场有 自暴危险， 铅 锌地质品位下降， P b地质 品位 1 ． 3 2 ％， z n地质 品位 5 ． 9 2 ％。在开采条件不断劣化的情况下达不到效益 品位要 求。鸭公塘 区矿 坑涌 水量 占矿坑 总涌 水量 9 0 ％左 右。 1 9 8 7年 到 1 9 9 6年 矿 坑 平 均 排 水 量 [ 收稿 日期 ]2 0 0 2 0 2 2 3 [ 修订 日期 ]2 0 0 2 0 8 3 0 [ 作者简 介 ]何 清 明 1 9 5 7一 ， 男 ， 湖南 祁 东县 人 ， 工程 师 ， 从事 采矿技术 管理工作 。 1 1 1 9 m0 ／ h ， 年排水费 5 0 0万元 以上。由于长期疏干 排水 ， 地面塌 陷加剧 ， 雨 季洪 水淹 没塌 陷区灌入 井 下， 不仅增加了矿坑排水量 ， 而且对矿井生产安全构 成 威胁 。 综上所述 ， 鸭公塘区铅锌资源已近枯竭 ， 地质 品 位下降， 水害严重， 井 下采矿经济效益差， 已暂停开 采鸭公塘 区资源 。 2 鸭公塘 区水文地 质特征 2 ． 1 含水层及隔水层 鸭公塘 区 由于构造断裂和火成 岩活动剧烈， 接 触破碎、 断裂破碎及层间接触破碎非常发育， 成为地 下水活动的 良好通道。根据不 同地层时代 、 埋藏条 件、 富水性 、 地下水位 和隔水层的空 间位置 ， 划分为 两个含水层， 即上部含水组 和下部含水带 。上部含 水组组成层位较多， 岩性复 杂。下部含水带主要为 层间破碎带和接触破碎带， 层位稳定， 按其产状又可 分为缓倾斜和陡倾斜两部分。隔水层主要为二迭 系 当冲组、 斗岭组砂页岩 、 白垩系红色泥质砂页岩和火 成岩体 。 维普资讯 第 6期 何清明 水 口山铅锌矿鸭公塘 区闭坑期水文地 质 1 3 2 ． 1 ． 1下部含水带 1 I 缓倾斜 含水层主要 由下迭系栖霞灰岩与上覆的 当冲组层间破碎带组成， 其产状呈平缓褶 曲构造， 由 W、 N W 向火 成岩体倾斜 ， 倾 角 0 。 ～1 0 。 。张性裂 隙 及岩溶发育， 空隙直线率 1 3 ％。 陡倾斜部分分布于鸭公塘接触蚀变带和某些断 裂带 ， 范围狭窄， 自一1 0 0 m 标高 以下沿火成岩 的东 北两端连续分布。已知在 一5 0 0 m标高仍然存在， 倾 角 4 5 。 ～9 0 。 ， 裂隙发育 ， 含水性好。 下部含水带属溶洞裂隙承压水， 地 下水流 向由 S往 N或 由 S W 向 NE， 坡 度平缓。含 水带厚度 较 小， 变化不大 ， 缓倾斜部分厚度 8 ～1 6 m， 陡倾斜部分 厚度 2 ～1 0 m。单位涌水量 0 ． 7 ～2 ． 4 6 L ／ s m ， 局 部地 段 0． 1 6 ～0 ． 3 3 L ／ S m ， 平均 渗透 系数 3 5 ． 3 2 m／ 昼夜。水 质类 型为 HC O 3 --C a或 HC C a Mg 型水。水温 2 1 ～2 7 ℃， 动态变化不大， 水量稳定。 2 ． 1 ． 2 上 部含 水 组 I 上部含水组 由白垩 系底砾岩 ， 二迭系斗岭组底 部砂岩与下伏 的二迭 系当冲组灰岩层间含水及二迭 系栖 霞 灰 岩 组 成， 含 裂 隙 溶 洞 水，岩 溶 直 线 率 8 ． 6 7 ％。含水层厚度变化大 ， 富水性 不均一。水质 类型 为 Hc o 3 一c a Mg型 水， 水温 1 8～2 2 ℃。动 态随季节变化， 水量不稳定 。 下部含水带与上部含水组在矿 区南部及外围的 西北部有明显的水力联 系， 在老鸦巢区无水力联系。 2 ． 2 矿坑充水因素及地下水补给源 矿坑 充水 因素 ①下部含水带是最主要 的充水 因素； ②上部含水组是次要充水 因素； ③F 3 ， F 6导水 断层是直接充水 因素； ④地面塌 陷是季 节性 充水 因 素， 也是对矿井生产安全构 成重大威胁 的重要 因素。 地下水 补给源 矿 区地下水主要来源于大气 降 水和地表水体。大气降水通过盐湖复式向斜和斗岭 向斜补给 区流 向矿区， 曾家溪 部分 河段流经 含水层 及塌陷区， 河水补给地下水。 2 ． 3 矿床水文地质类型及矿坑涌水量 矿 区水文地 质条件复杂， 矿坑涌水量大 。矿体 深埋 当地侵蚀基准 面以下， 且含丰富的高压裂 隙溶 洞水 。矿 区西部的曾家溪与矿坑 水存在水力联 系。 矿床疏干 引起地面塌 陷， 洪水淹没塌洞区时， 洪水直 接灌入塌洞进入矿坑， 不但增加矿坑涌水量， 而且对 矿山井下生产安全构成威胁 。根据矿山水文地质工 作规程分类， 该矿属水 文地质条件复 杂类 型。矿坑 涌水量 1 0 0 0 m3 ／ h以上。 3 鸭公 塘 区闭坑 可行性 研究 3 ． 1 鸭公塘区与老鸦巢区的水力联系 水 口山铅锌矿 由鸭公塘 区和老鸦巢 区组成， 两 区在三、 五、 七、 九 中段有五条运输巷道相连， 共用一 个排水系统。鸭公塘 区闭坑仅是关 闭水 口山铅锌矿 的一个矿区， 另一个矿 区仍将继续 生产。鸭公塘 区 闭坑需建防水闸五座， 其 中五中段两座， 三、 七、 九中 段各 一 座 。 鸭公塘 区和老鸦巢 区是否存在水力联 系、 联 系 程度 、 通过什么介质进行联系等 问题一直存在争论。 鸭公塘 区闭坑， 上述问题显得尤为重要 ， 它关系到闭 坑工作的成败。为此水文地 质技术人员反复查阅矿 区水文地 质历史资料， 结 合鸭公塘近三十年 的开 采 实践对矿区水文地质条件 的认识 ， 认为 鸭公塘 与老 鸦巢存在水力联系， 但联系程度较差。 1 鸭公塘区开拓前 ， 老鸦巢 区已开拓至九 中段 一3 0 0 m标高 ， 两 区水位差 3 6 6 m， 而老鸦巢区矿坑 涌水量仅 5 0 ～7 0 m3 ／ h 。证 明两 区水力联系差。 2 1 9 6 1 年 1 2月在老鸦巢 区九中段施工 的 1 6 4 孔， 孔深 1 5 8 ． 3 9 m， 遇下部含水带而终孔， 钻孔涌水 量 4 5 m3 ／ h ， 鸭公塘 区疏干后 期钻孔停 止涌水， 证 明 两 区存在水力联系。 两 区的水力联 系主要是通过 下部 含水带进行 的。下部含水带在鸭公塘 区和老鸦巢区之间地段延 续性差， 造 成鸭公 塘 区富水性 好， 老鸦 巢 区富 水性 差。下部含水带在老鸦 巢区埋藏于 一4 5 0 m 标高 以 下。目前老鸦巢区生产未触及该含水层 ， 因而产生 鸭公塘区和老鸦巢 区无水力联系的假象。 3 ． 2 水闸选址 F 2 断层的性质 在鸭公塘 区闭坑 可行性研 究及 水闸选址过程中争论颇多， 主要是 F 2 断层是否导水 问题上。F ’ 断层如果导水， 7 0年代所建的五、 七 、 九 中段四座临时防水闸选 址错选， 在原址上修建永久 性 防水闸和按原理论选择三 中段新 防水闸位置将导 致鸭公塘区闭坑工作的失败。为此水文地质技术人 员反复查阅资料， 现 场考证 F 2断层性 质及 充填情 况， 认 为 F ’ 断层沿大理岩与砂页岩接触带分布， 断 层破碎带胶结充填 良好， 系隔水 断层。利用原 建临 时防水闸加 固成永久性 防水 闸， 可达到鸭公塘 区闭 坑之 目的， 而且可节约近百万元 的防水闸构筑费用。 3 ． 3 漏水量预测及恢复水位与地面塌陷 鸭公塘 区闭坑后， 地 下水可从三个途径进入老 维普资讯 1 4 有 色 矿 山 2 0 0 2年 第 3 1卷 鸦巢区 ①老鸦巢 区九中段 的 1 6 4孔揭露下部 含水 带， 预 测涌水量 4 5 m0 ／ h ， 最 大可能 涌水量 6 2 m0 ／ h 。 ②两区间的大理 岩和砂 页岩相 对隔 水层 的裂 隙导 水， 根 据 鸭公 塘 区开 拓 前 老 鸦 巢 区水 量 预 测 为 5 0 m0 ／ h 。③水闸漏水， 根据 设计 ， 水 闸允许 渗水 量 很 小， 可忽略不计。前 二项合计预测漏水量 为 9 5 ～ l 1 2 m。 ／ h 。 鸭公塘 区闭坑后地下水位将大 幅度上升， 最终 将达到或接近原静止 水位标高 6 6 ． 5 0 m。地下水位 回升， 原被疏干的岩层空隙及采空区被水充填 ， 岩土 应力重新分布 。一方面水对岩层 的浮托力使应力分 散 ， 地下水位恢复到原 静止水位后达 到新的应力平 衡， 地面塌陷及采空 区冒落 趋于停 止。另一方面地 下水浸泡岩层， 使岩层软化， 加速产生新的塌洞并使 部分老塌洞复活及采空区坍塌。 4 防水闸设计与施工 4 ． 1 防水闸设计与施工 防水 闸设计安全 等级为 I级， 采用 多级楔形锯 齿状结构。根据 不同 中段 闸体所承 受的水头压力， 分别计算各中段 防水闸体抗压厚度 、 抗剪厚度、 抗渗 厚度， 取最大值作 为闸体 厚度。九 中段 设计水头 压 力为 4 MP a ， 闸体厚度 1 7 m， 七 中段设计水头 压力 为 2 ． 9 MP a ， 闸体 厚 度 1 2 m， 五 中段 设 计 水 头 压 力 为 2 ． 1 MP a ， 闸 体 厚 度 9 m， 三 中段 设 计 水 头 压力 为 1 ． 2 MP a ， 闸体厚度 5 m。 闸体 楔形锯 齿施工， 采用浅孔少 药量 多次爆破 成型， 谨防药量过大， 破坏围岩。 根据防水闸施工的特定环境， 采用连 续整体 浇 筑存在较大困难。设计时曾考虑采用顶板天井加附 层平巷方法浇筑闸体混凝土， 但因该方法会破坏 闸 体围岩， 增加炮震裂缝 ， 影响闸体稳定而被搁置。施 工中采用分段 浇筑施工法， 段 长以一个楔形齿长 为 准 。分段结合面需彻底清洗并作打 毛处理， 以保证 闸体整体性。 4 ． 2 防渗注浆 防渗注浆是闸体施工的重要组成部分， 注浆 质 量的优劣， 直接关 系到闸体稳定与安全 。为此制定 了闸体 防渗分段 注浆实施方 案， 段长为一个楔形 齿 长， 每个注浆段预埋两根注浆管 ， 注浆管埋于闸体楔 形齿尖最高处。每个注浆段注浆三次。第一次注浆 至埋设最高 处注浆管漏 浆为止。2 4小时后 第二 次 注浆， 注浆压力达到设计水头压力而 停注， 2小 时后 将注浆管内浆液放 掉， 保证 注浆管通畅。最后一次 注浆要求注浆压力达到或超过设计水头压力的 1 ． 5 倍， 确保闸体防渗效果 。 闸体 防渗 注浆选 用稳 定性 好 的水泥作 注浆材 料， 并根据水泥浆液 固结析水率 随浆液浓度增大而 减少的特点， 尽量选用浓度大 ， 析水率低的高浓度浆 液。采用多次注浆和提高注浆压力方法减少水泥浆 固结析水而产生的空隙， 从而达到 防渗 目的。实践 证 明该方法用于闸体防渗注浆效果 良好。鸭公塘 区 闭坑 已两年有余 ， 地下水位 已由闭坑前的 一3 0 0 m上 升到 6 3 ． 5 m标高 2 0 0 1年 8月 2 2日 ， 离疏 干前 静水 6 6 ． 5 m 仅差 3 m， 水头 压力高达 3 ． 6 MP a ， 所建 的五座防水闸基本无渗水 ， 其 质量优于设计要求。 防水闸混凝土体施工过程 中， 大量 矿坑水需设 置临时过水管引 出。矿坑水与黄铁 矿作 用生成 p H 值 3 ． 5 ～4的稀 酸， 腐 蚀过 水管道 及原 生活 用水管 道 。为保证 闸体安 全， 防水 闸混凝土体施工结束后 采用双液注浆方法封堵过水管道 。其方法是首先预 注 1 ． 5倍过水管 空隙体积的纯水泥浆 ， 然后再 注双 液浆， 双液浆 的凝结 时间采 用过 水管空 隙体积 除以 注浆泵流量确定， 双液浆流至预定位置终凝， 以保证 过水管空隙全部被水泥结石充填。注浆压力仍采用 设计水头 压力的 1 ． 5倍确定。 5 鸭公塘区闭坑效果评价 5 ． 1 地下水位恢复情况 1 9 9 9年 8月 2 4日采用双液 注浆方法封堵九 中 段 防水闸临时过水管成功 ， 8月 2 6日注浆封堵九 中 段生活用水管结束， 标志鸭公塘 区正式闭坑。闭坑 后地下水位 由快 到慢逐步 回升， 2 0 0 1年 8月 2 2日 地下 水 位 已恢 复 到 6 3 ． 5 m， 接 近 疏 干 前 静 水 位 6 6 ． 5 m， 至此鸭公塘区闭坑 目的已经达到。 鸭公 塘 区闭坑 后地 下水位恢 复历 时曲线见 图 1 吕 姬 芒 恢复水位 时In] ／ d 图 1 鸭 公塘 区闭坑后地 下水位恢复 历时曲线 维普资讯 第 6期 何清 明水 口山铅锌矿鸭公塘 区闭坑期水文地质 1 5 5 ． 2 矿坑涌水量 鸭公塘区闭坑前矿坑总涌水量， 1 9 8 7 ～1 9 9 6年 剔除康矿水量后 平均矿坑涌水量1 1 1 9 m ／ h ， 闭坑 后的 2 0 0 0年矿坑总涌 水量 同样剔除康 矿水量后 平均 为 1 8 8 m ／ h ， 闭坑后较 闭坑前减 少矿坑涌水 量 9 3 1 m ／ h ， 每年可节约排水费 3 9 4万元。 鸭公 塘区闭坑可行性 研究， 预测鸭公塘闭坑后 鸭公塘流入老 鸦巢水量 1 6 4孔 4 5～6 2 m ／ h ， 裂隙 导水 5 0 m ／ h ， 合计 9 5 ～1 1 2 m ／ h 。鸭公塘 闭坑后鸭 公塘流入 老鸦巢 实际 水量 1 6 4孔 4 5 m ／ h ， 裂 隙导 水 4 5 ～5 0 m ／ h 。鸭公 塘闭坑后 实际漏水量 与闭坑 前可行性研究预测漏水量完全吻合。 5 ． 3 地面塌陷 鸭公塘 区 闭坑 初期 ， 地 下 水位快 速 回升， 1 9 9 9 年 1 2月 2 7日八坑旁因采空区崩落， 首先产生塌洞， 矿区西部的曾家桥 、 桥头、 香花坪塌陷区也陆续发生 零星塌洞。随着地下水位升高， 塌洞频率趋缓， 地下 水位 接 近 疏 干 前 静 水 位 时， 地 面 塌 陷趋 于 稳 定。 2 0 0 1年后未产生新的塌洞。 6鸭公塘区闭坑实践与认识 鸭公 塘区闭坑 工程是一项难度高、 风险大 的复 杂工 程， 其难点在于 一是安全等级要 求高， 需要 确 保同一开拓系统 的相 邻矿 区及康矿 的生产安全 ； 二 是鸭公塘区水文地质条件复 杂， 涌水量大， 水位高， 与相邻生产区及康 矿有多条开拓 巷道 相连， 且水 压 大， 水质呈酸性 ， 腐蚀性强， 堵水技术难度大。三是 采空区体积大， 形态复杂。为此组织工程技术 人员 联合攻关， 开展矿 区水文地质条件研究 ； 采空区稳定 性及地面塌 陷研究 ； 防水 闸设计与施工技术研究。 1 通过对矿区水文地质条件研究， 阐明了鸭公 塘区水文地质条件， 鸭公塘 区与老鸦巢 区的水力联 系机理及闭坑后地下水对采空区及塌陷区稳定性影 响。对 闭坑后地下水恢复水位、 漏水量进行预测， 为 闸体设计、 闸体位置选择提供了重要理论依据， 亦为 鸭公塘 闭坑成功奠定了基础。 2 建立地面岩层位移观测网， 对鸭公塘采空区 冒落 引起地面陷落进行观测 ， 同时加强塌 陷区安全 观测， 有效地保证了预测塌 陷区人民生命财 产安全。 3 防水 闸采用分段浇筑混凝土体 和分段 注浆 防渗施工方法 ， 以分段施工质量来 保防水闸整体质 量， 实践证明这一施工方法 是成功的。采用单液注 浆方法成功地解决 了闸体 防渗问题， 采用双液注浆 方法成功地 解决 了封堵 临时过水管 道和 生活 用水 管， 解决 了酸性水对过水管腐蚀问题 。 鸭公塘区闭坑效果达 到了预期 目的， 它的成功 对类似矿山闭坑有较好的借鉴作用。 中国钼业 2 0 0 3年征订启示 中国钼业 是 由金堆城钼业公司、 陕西省有色金属学会、 中国有色金属工业学会钼业分会共同主办的钼 业学术期刊， 主要报道钼的地质、 采矿 、 选矿、 冶炼、 合金、 加工 、 化工、 钼市场等， 还报道钼与健康、 钼的科技成 果、 专利文摘 等。 中国钼业 为双月刊， 缝双月末出版， 国内外公开发行， 国内统一刊号 C N 6 11 2 3 8 ／ TF ， 国际连续 出版 物号 I S S N 1 0 0 62 6 0 2 ， 邮发代号 5 2 1 4 4 ， 全国各地邮局 所 均 可订 阅， 也可通过银行或 邮局汇款 向本编 辑部订购； 国外代号 4 5 4 6 B M， 由国际 贸易总公司发行 。 中国钼业 为国际 标准大 1 6开， 每期定价 8元， 全 年 4 8元 含邮寄费 。本刊 同时承办广告业务， 愿为您的企业插上腾飞的翅膀 本刊地址及银行帐号如下 开户行 工行西安 市城南支行 帐号 3 7 0 0 0 2 4 8 0 9 0 2 4 9 0 4 2 1 8 户 名 金堆城钼业公司技术 中心 邮编 7 1 0 0 6 8 地址 西安市南二环西段 5号捷瑞大厦 1 7层金堆城钼业公司技术中心 电话 0 2 9 8 3 7 8 6 4 5 ； 传真 0 2 9 8 3 7 8 7 6 7 E ． ma i l Z GMYi d c mmc ． c o rn 维普资讯