云锡区矿山水文地质及水综合防治.pdf

2 0 0 7 年 8月 第 3 6卷第 4期 中国矿 山工 程 Chi na Mi n e En g i n e e r i ng Aug ．2 0 07 Vo 1 ． 36 No ． 4 云 锡区域矿山水文地质及水综合防治 Hy d r o g e o l o g y r e s e a r c h a n d c o mp r e h e n s i v e wa t e r p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l i n Yu n a n t i n mi n e r e g i o n 邓红卫 ， 李杰林 ， 周科平， 高文翔 中 南 大 学 资 源 与 安 全 工 程 学 院 ， 湖 南长 沙4 1 0 0 8 3 摘 要 为加快云锡 区域 内矿 山的建设 ， 对个旧 东区进行 了水文地质调查 ， 掌握 了区域性矿山的水文地质特征 、 构造 、 水资源分 布特征及矿床 水文地质条件 。 通过 分析矿 山现有排水 系统存在 的问题 ， 并根 据开拓 、 开采过程 中不同阶段 的地下水分布、 运动特 征 ， 提 出了几种有效的地下水预测 、 防治处理技 术措 施 ， 并给 出了科 学、 合理的建议 ， 为 区域矿山的建设和矿 山的防治水提 供 了 科学依据。 关 键 词 区域 矿 山 ； 水 文 地 质 ； 调 查 ， 综 合 防 治 水 ； 壁 后 注 浆 Ab s t r a c t I n o r d e r t o a c c e l e r a t e t h e c o n s t r u c t i o n o f r e g i o n mi n e i n Yu n a n T i n Co mp a n y ，h y d r o g e o l o g y s u r v e y wo r k s h a v e b e e n d o n e i n t h e e a s t a r e a o f G e j i u ． T h e h y d r o g e o l o g y c h a r a c t e ri s t i c ， s t ruc t u r e ， w a t e r r e s o u r c e d i s t ri b u t i o n c h a r a c t e ri s t i c a n d d e p o s i t h y d r o g e o l o g y c o n d i t i o n s h a v e b e e n k n o wn ． Ac c o r d i n g t o a n a l y s i s t h e p r o b l e ms o f d r a i n a g e s y s t e m i n e x i s t e n c e a n d b a s e d o n t h e d i s t rib u t i o n o f g r o u n d wa t e r ，c h a r a c t e ris t i c o f mo v e me n t i n t h e d i ffe r e n t p h a s e o f d e v e l o p me n t a n d mi n i n g ，s o me me a s u r e s o f g r o u n d w a t e r p r e d i c t i o n a n d p r e v e n t i o n t e c h n o l o g y we r e p rop o s e d ，a n d s o me r e a s o n a b l e s u g g e s t i o n s we r e a d v a n c e d ．I t i s p rov i d e s c i e n t i f i cu n d a t i o n f o r t h e c o n s t ruc t i o n o f r e g i o n mi n e a n d w a t e r p r e v e n t i o n a n d c o n t r o 1 ． K e y w o r d s r e g i o n mi n e ； h y d rog e o l o gy； s u rve y ； w a t e r p r e v e n t i o n a n d c o n t rol ； b a c k w a l l i n j e c t i o n 1 区域矿 山地质概况 云南锡业集 团公司为实现矿山快速发展、 统一开采规划 ， 提出了东部矿区的区域发展布局。区域矿 山纵跨南北 3 O多 千米 ， 横贯东西 2 O多千米 ， 垂高 1 3 0 0 ～ 2 7 6 6 m， 跨越 五大矿 田 、 五大 矿 山 ， 连通 五 大选 厂 。 矿 区处 于红 河与 南盘 江之 间 的 分水岭地段 ， 分水岭大致呈 E W 向从矿区中部通过 。矿区内 地势高差悬殊 ， 分水岭 山脊地带海拔在 2 0 0 0 m 以上， 松树脚 梨花山最高， 海拔 2 7 6 6 ． 4 m， 比南部红河峡谷 海拔 1 5 0 ～ 2 0 0 m 高 出 2 5 0 0 m， 比 S E部 蒙 自一大 屯盆 地 海 拔 1 3 0 0 m 高 出 1 0 0 0余米 ， 属中山地形 。区内属亚热带高原型湿润气候， 年平 均降水量 1 8 1 5 ． 3 ～ 8 7 8 ． 9 0 m m。区内地表水体不发育 ， 主要水文 网为 北部 南 盘 江 支 流 芦 江河 的重 要 补 给 水 源南 部 红 河 峡谷 。 亦是主要侵蚀基准面 。 矿区内发育裸露型及少部分覆 盖 型岩溶 2 区域水文地质特征 2 ． 1 矿 床水 文地 质 特征 通过现场勘察和历年的水文地质资料 ， 查 明了区域矿山 属岩溶含水层充水 为主 的矿床 。 其基本特征为 ①地下水赋 存的岩溶空间 。 随岩性结构 、 原有裂隙特征和岩溶发育程度 有较大的差异。 岩溶与主要矿层之间具有各 自特定的层位关 维普资讯 第4 期 邓红卫等 云锡区域矿山水文地质及水综合防治 9 系， 从而决定 了岩溶充水层位和其富水性强弱。 ②在 矿床赋存 的区域构造 内 ， 岩溶发育的部位 、 强弱及 富水程度等 ， 皆受构造的类型和规模控制。 ③岩溶含 水层 中岩溶 发 育不 均 匀 ，含水 层 的厚 度 变化 大 ， 岩 溶空 间彼 此 连 通 与充 填程 度 也 不一 致 ， 得 到 的补 给 量 各 异 ， 富 水 性 极 不 均 一 ， 因 而 导 致 不 同地 段 上 矿 床 的水文 地 质条 件 复杂 程度 差别 很 大 。④大 气 降水 为地下水主要补给源，地下水在上部岩溶裂隙中以 垂直运动为主 ， 只有渗透到近花 岗岩部位 时才作水 平运动 ， 流动方 向受花岗岩形态控制。几个相对突 起的花岗岩体， 构成 了区内局部分水岭 ， 形成块断间 相对独立 的岩溶含水 系统。⑤多数矿床分布的水文 地质单元 内地下水 赋存量大 ，因而矿井 涌水量也 大 ， 突水事故多， 突水预测 比较困难 ， 开采疏干措施 亦复 杂 。 ⑥矿 井涌 水通 道 主要有 自然 的断 裂 带 、 地 震 裂隙和导水陷落柱等和人 为的采矿裂 隙、 岩溶塌陷 及天窗、 勘探钻孔等 。 2 ． 2 水 资 源分布 特征 区域矿 山地下水资源分布具有 明显 的地貌 控 制与地层控制特点 ． 从地貌来看 。 溶 洞暗河 与三级 以上 的断裂构造 ， 控制 了地下水资源的分布 。从地 层控制上来看 ，花岗岩接触带是地下水富集层位 ， 特别是因花岗岩凸起后 。 在侧伏 、 倾伏过程中所形 成的凹陷 、 凹槽 、 洼地段是地下水富裕区。 当地表有第 四系松散层覆盖于岩溶洼地 时， 大 气降雨后下渗的速度要缓慢些 。在裸露型岩溶 区降 雨后则沿岩溶裂隙洞穴直接下渗 ， 地下水在岩溶裂 隙溶洞中作垂直运动 ． 只有当地下水 到达 隐伏花岗 岩体 时则沿接触 带作横向运动 ， 最后汇集成管道状 水流 ， 在 当地排泄基准面卡房大沟或 区域较大排泄 基准面红河峡谷排泄出地表。 3 矿山排水系统存在的问题 在 区域 矿 山 的建设 过 程 中， 由于各 种 原 因 ， 各 矿 山的 排水 系统 存 在 着很 多 问题 ， 导 致 了水 资 源不 能 有 效 的利 用 ， 甚 至 出现 水灾 。 1 没 有充 分 考 虑 随着 地 下工 程 的开 拓 地 下水 稳定水位 的下降 ， 上部各 中段排 、 供水系统 的维护 将 受 到考 验 。 而 且地 下水 资源 环境 也 将 面 临破 坏 及 水资源的浪费。 2 没有充分利用各 自水文地质单元的特点进 行地下水资源的有效管理与使用 。 3 遇含水层 带 、 岩溶陷落柱 、 破碎带 、 溶 洞、 高应力区、 高水头带的掘进 、 采准 、 支护措施欠缺落 后 岩溶裂隙水充水矿床正常开采时矿井涌水量 皆 较小 ， 矿井 的排水能力低 ， 一旦揭露较大的充水断 裂 ． 特 别 是 水 力 联 系 较 强 的断 裂 带 时 ， 极 易 发 生 突 然涌水和局部淹井事故 。 4 没有考虑选 厂改扩建后与之相匹配 的供水 问题 。 5 对坑水认识存在偏差 ， 只考虑本厂矿的排 水 问题 ， 而没有从 区域矿 山的整体角度 出发 ， 致使 地下水资源 的利用率极低 。旱季地下水资源匮乏 ， 局部 厂矿存在 因过度抽排地下水 而严 重影 响了当 地居民的正常生活及生产。 4 防治水 对策与建议 针对开拓、 开采过程中不同阶段的地下水分布、 运动特征， 并根据云锡区域矿山的水文地质特征 ， 综 合分析了疏 、 堵 、 截等防治水技术 ， 提出了几种有效 的地下水预测 、 防治处理技术措施 。 区域矿山内股状涌水点涌水较集 中， 因而影响 范 围较小 ， 股状涌水含 、 导水构造主要集中在 断裂 面和节理裂隙交汇处 。因此 ， 可以采用注浆技术封 堵井巷 内股状涌水， 为合理利用地下水创造条件。由 于股状涌水构造裂 隙较宽，部分出水点岩石破碎 ， 运 用 注浆 技 术 封堵 涌水 点 时须 采 取 不 同 的 处 理 方 法 ， 参照类似 的工程实例【 ， 可采用 “ 探注结合 掘 进 ” 、 “ 壁后注浆 ” 、 “ 中深孔探水注浆”等技术封堵 涌 水点 。 4 ． 1 工 程揭 露集 中涌水 点 防治 区域矿山各 中段前期巷道掘进时 ， 未采用探水 注浆 掘进的方式 ， 当揭露含 、 导水构造后 ， 在巷道 内形成出水点 ， 出水量较大时表现为“ 涌水” 。因此 ， 可采用“ 壁后注浆” 技术治理井巷 内已揭露涌水点 。 第一步是打孔导水 。浇灌混凝土前用凿岩机打出钻 孔 ， 从钻孔 中引水 ， 每个钻孔 中下入注浆管 ， 钻孔引 水 的 同时作 为注浆 孔 。导水 孔数 量 以尽 可能从 钻 孔 中 导 出水 为准 ， 导水 效果 好可 减 小浇 灌混 凝 土 时 的 施工难度， 导水孔深度 以能导出水为准。 第二步 是浇 筑止浆垫 壁 。浇筑止浆垫 壁 时 ． 在强度达到要求的前提下， 施工 当中必须加强振 捣 ， 使混凝土与岩石形成一体 ， 以保证止浆垫 壁 的防渗能力 ， 即注浆时止浆垫 壁 不漏浆 。浇筑止 浆垫 壁 时 ， 还须注意 固定导水管。 第三步是“ 壁后注浆” 施工。在止浆垫f 壁 养护 维普资讯 1 0 中国矿 山工程 2 0 0 7 年 第 3 6卷 达到龄期后 ， 可进行注浆施工 。注浆前选择 1 ～ 2孑 L 进行压水试验 ， 通过压水试验检查止浆垫 壁 的封 闭性 ， 并确定注浆材料的使用。压水时如发现止浆 垫 壁 漏水 ， 采甩水玻璃胶泥或棉纱进行预处理 ， 注浆先采用水泥一水玻璃双液浆进行止浆垫 壁 堵漏处理 ， 然后注入单液水泥浆至注浆结束 。 4 ． 2工程 未揭露 含水 与导 水构 造涌 水 防治 在 开拓 、 探 矿 巷道 掘 进前 ， 预测 巷 道 内含 、 导 水 构造 涌水点 段 ， 并进行针对性 的预注浆处理 ， 不 仅可以提高注浆堵水效果 ； 还可 以避免坍方 、 突水 事故 的发生 。开拓 、 探矿巷道含 、 导水构造涌水点 段 预 测 的 目的是 在 涌水 点 段 被 揭 露 前 进 行 预 注浆处理。掘进过程中 ， 关键的环节就是含 、 导水构 造涌水点的预测 ， 对涌水点 段 进行预注浆 加 固 处理 ， 并针对具体情况采取不 同的措施 。 1 围岩较完整的涌水构造预注浆处理措施 开 拓、 探矿巷道掘进过程 中， 加强探水工作的同时 ， 应 详细记录每个探水孔 一般 3个 掌子面边界线顶 部 和左 、 右帮腰线处各一个 的出水深度及 水量 来 确定涌水构造的大致产状 和注浆顺序 ， 涌水量较小 的孑 L 先注浆 ， 依此类推。 2 构造破碎带涌水段预注浆 加固 处理措施 开拓 、 探矿巷道掘进过程中 ， 探水孑 L 深度一般为 4 m， 对可能揭露 的构造破碎带 涌水段 ， 采用探水孔预注 浆处理时 ， 由于掌子面较破碎 ， 漏浆严重 ， 施工工期 长 ， 且处理效果不理想。因此掘进施工中， 应采用中 深孑 L 预注浆 加 固 处理可能揭露的构造破碎带 涌 水段 ， 中深孑 L 终孑 L 位置 以穿过构造破碎带涌水段为 准， 孑 L 数一般为 3个 ， 布孑 L 位置与探水孑 L 一致 。 采用 中深孑 L 预注浆 加 固1 处理可能揭露 的构造 破碎带 涌水段时 ． 为保证注浆效果 ． 施工当中应 严 格控制 注浆结束终压标准 ， 先采取稀浆注入 ， 只有 当进浆量特别大时， 才能用浓浆注入至注浆结束 。 4 ． 3建 议 1 必须对区域矿山水资源进行合理的利用， 综 合考虑“ 排 、 堵 、 蓄” 措施 ， 实现地下水环境 的平衡， 保 护地下水资源。 “ 排 ” 的目的是为了解决采场疏干， 确 保采矿安全 。 同时满足供水量的要求 ； “ 堵 ” 的 目的 是为 了防止高水位 的地下水快速下降 ， 从而恢复地 下水资源环境 ． 使地下水资源因深部开拓其损耗在 时间上趋于合理 “ 蓄” 的目的是为 了合理利用地下 水资源 ，把雨季多余 的可利用的水调节到旱季用 ， “ 蓄” 的方式有地表水库蓄水。 2 要进行云锡公司区域矿山排水系统优化， 调 查和研究地下水资源的现状及其发展趋势 ， 合理利 用地下水资源。开拓过程 中， 应针对不同的水文地 质单元采用不 同的掘进方式 ， 引进“ 预注浆掘进技 术” 、 “ 中深孑 L 预注浆防渗加 固技术” 、 “ 涌水点封堵 技术” 等， 确保工程的科学施工 。 3 应从 区域矿 山的整体角度 出发， 合理分配利 用地下水资源 ， 把北部 松矿 、 南部 新建矿 、 富余 的水资源 ， 调往 中部缺水 区 采选分公司 、 老厂 、 卡 房 ， 同时利用各中段排水沟进行必要 的坑内水资源 调 配 5 结语 矿 山水防治是涉及矿井安全 的重大问题 ， 保证 现有截排水设施完好并可靠运行至关重要。区域矿 山股状涌水点涌水较集 中， 影 响范围较小 ， 通过采 用注浆技术封堵井巷内股状涌水 ， 不仅可以缓解井 下排水压力 ， 为安 全生产创造条 件 ， 而且可 以大大 降 低 井 下 排 水 费 用 ， 为 矿 山 节 约 生 产 成本 ， 为 合 理 利用地下水创造条件。 对 区域矿 山应进行详细的水文地质勘察 ， 完善 水文地质资料 ，掌握地下水的分布和运动特征 ， 并 对涌水点进行 涌水量 的预测。此外 ， 还应对地表截 排水系统进行综合规划建设 、 增设井下排水泵等防 洪设施 ， 以提高矿山井下排水能力 ， 以确保云锡 区 域矿山建设的顺利实施。 【 参考文献】 『 1 1 徐建红 ， 蔡竹 聪， 蔡 丰伟． 新倮 纳隧道 特大涌 水防治技术 [ J 】 ． 公路交通科技 应用技术版 ， 2 0 0 6 ， 7 1 2 4 1 2 6 ． 『 2 1 焦永富， 徐小东， 杨卫 民． 壁后注浆在石人沟井下开采技改 工程中的应用『 J ] ． 金属矿山 ， 2 0 0 2 ， 8 5 5 5 7 ． 【 3 】 徐化军， 徐化利． 壁 后注浆防水 的施工 方法『 J ] ． 建筑 技术 ， 2 0 0 2， 3 3 7 5 0 3 5 0 4 ． 『 4 1 杨 延义． 关塘铁矿斜井井筒施工 中流沙及涌水 的防治『 J ] ． 山东冶金 ， 2 0 0 4 ， 2 6 3 9 - 1 1 ． 【 5 】 张文根 ． 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