劉黔峰

(錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司, 湖南冷水江市 417502)

新莊銅鉛鋅礦Ⅱ礦帶防治水探討

劉黔峰

(錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司, 湖南冷水江市 417502)

通過對(duì)新莊銅鉛鋅礦Ⅱ礦帶水文地質(zhì)條件的分析,確定了采用帷幕注漿防治水的方案,并對(duì)注漿材料選擇進(jìn)行了探討,對(duì)注漿孔孔距進(jìn)行了理論計(jì)算。

水文地質(zhì);防治水;帷幕注漿;新莊銅鉛鋅礦

1 概 況

新莊銅鉛鋅礦位于江西宜豐縣新莊鎮(zhèn)境內(nèi),礦區(qū)位于白堊紀(jì)紅色盆地的北部邊緣與石炭、二迭系灰?guī)r的結(jié)合處,區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦低洼(地表標(biāo)高+52 m),為區(qū)域地表水和地下水的匯流地。區(qū)內(nèi)礦體埋藏于侵蝕基準(zhǔn)面以下,是一個(gè)隱伏巖溶型礦床,黃龍組-船山組灰?guī)r及第三系南雄組底礫巖巖溶發(fā)育,富水性強(qiáng),為礦體直接充水頂板含水層。礦區(qū)水文地質(zhì)條件屬?gòu)?fù)雜類型。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告估算該礦山地下水涌水量為35300m3/d。

2 Ⅱ礦帶的水文地質(zhì)條件

2.1 概 述

新莊銅鉛鋅礦劃分為4個(gè)礦帶,Ⅰ礦帶產(chǎn)于主巖枝外側(cè),主要為氧化礦,水文地質(zhì)條件極復(fù)雜,在可行性研究中未列入開采計(jì)劃,Ⅲ、Ⅳ礦帶產(chǎn)于火成巖中,四周均為隔水體,水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單,僅局部地段在頂部與K2n含水層接觸,需要預(yù)留防水礦柱。Ⅱ礦帶產(chǎn)于主巖枝內(nèi)側(cè),Ⅱ礦帶的礦石量占全礦井的77%,金屬量占全礦井的88%,為主要開采礦帶,所以須對(duì)Ⅱ礦帶進(jìn)行防治水設(shè)計(jì)。

2.2 主巖枝的阻水性與完整性

Ⅱ礦帶水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度完全取決于主巖枝的阻水性,因?yàn)橛兄鲙r枝的存在,才有可能開發(fā)Ⅱ礦帶。主巖枝的阻水性主要取決于主巖枝的完整性。

主巖枝總體呈東西走向,傾向北,在4線偏東至23線偏西之間,現(xiàn)有鉆孔資料表明主巖枝是閉合的,是連續(xù)完整的,但有一些勘探鉆孔穿過了主巖枝,而且在主巖枝段沒有進(jìn)行封閉。在23線及23線以東主巖枝頂部出現(xiàn)缺口,在4線及4線以西主巖枝未閉合。主巖枝完整情況見表1。

表1 主巖枝完整情況

從主巖枝外側(cè)C2h-C2c的巖溶發(fā)育的差異性來看,主巖枝具有阻水作用。由于中間有未封孔導(dǎo)水,東部主巖枝有缺口,西部主巖枝呈開口狀,所以主巖枝內(nèi)外側(cè)C2h-C2c含水層有完全的水力聯(lián)系。礦山現(xiàn)在1、2、3中段施工的8條通往Ⅱ礦帶的穿脈都遇水,充分說明內(nèi)外側(cè)C2h-C2c含水層是有完全的水力聯(lián)系的。主巖枝內(nèi)外側(cè)C2h-C2c巖溶發(fā)育差異性對(duì)照情況見表2。

表2 主巖枝內(nèi)外側(cè)C2h-C2c巖溶發(fā)育差異性對(duì)照

2.3 礦坑涌水量估算

中部未封鉆孔漏水按每孔30t/h的經(jīng)驗(yàn)值估算,共17個(gè)未封鉆孔總漏水量為510t/h。東部缺口進(jìn)水采用勘探報(bào)告中的計(jì)算結(jié)果,西部開口進(jìn)水參照東部計(jì)算。礦坑涌水量估算結(jié)果見表3。

2.4 Ⅱ礦帶的水文地質(zhì)問題

Ⅱ礦帶在今后開采過程中如不采取有效的防治水措施,將會(huì)產(chǎn)生以下水文地質(zhì)方面的問題:

表3 礦坑涌水量估算結(jié)果

(1)礦坑涌水量大,估計(jì)五中段礦坑涌水量將達(dá)1056～1576t/h;

(2)坑內(nèi)突水,井巷工程遇溶洞或遇未封鉆孔將可能產(chǎn)生突水,突水量可大于10萬t/h,將可能造成淹井等嚴(yán)重事故;

(3)地表塌陷,直接疏排可能導(dǎo)致大量地表塌陷,地質(zhì)報(bào)告預(yù)測(cè)可能塌陷區(qū)面積達(dá)900×103m2,可能塌穿公路、村莊,一旦塌穿河流導(dǎo)致河水倒灌,將可能導(dǎo)致淹井,其后果嚴(yán)重。

3 Ⅱ礦帶的治水方案設(shè)計(jì)

Ⅱ礦帶采用帷幕注漿堵水來進(jìn)行治水。巖溶含水層帷幕注漿堵水率一般為50%～60%,礦山帷幕注漿主要有以下3個(gè)方面的作用:一是減少50%～60%的涌水量;二是減少帷幕外地下水位下降幅度,減少地表塌陷的可能性;三是在洪水期阻擋帷幕外地下水涌入礦坑,防止淹井。

3.1 帷幕幕址選擇

選擇在23線和4線構(gòu)筑兩道H型帷幕,可分解成23線、CD段、4線、AB段共4段,其中23線和CD段構(gòu)成東部L1帷幕。4線與AB段構(gòu)成西部L2帷幕。

3.2 帷幕注漿工藝設(shè)計(jì)

3.2.1 注漿材料選擇

根據(jù)新莊礦內(nèi)C2h-C2c巖溶率低,過水通道以微巖溶與裂隙為主的特點(diǎn),設(shè)計(jì)選擇以水泥漿粘土漿液為主,純水泥漿為輔。水泥粘土漿液應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),漿液配比應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果、鉆孔注水率,鉆孔注漿過程中注漿壓力和注漿的實(shí)際情況而定。

3.2.2 注漿孔孔距

應(yīng)用馬洛(Maog)公式計(jì)算擴(kuò)散半徑,其公式如下:

式中:R——擴(kuò)散半徑,cm;

r1——土壤滲透系數(shù),cm/s;

C——水的粘度,cP;

C1——粘液的粘度,cP;

h——注漿壓力,cmH2O;

t——漿液的凝結(jié)時(shí)間,s;

n——土壤孔隙率,%。

孔間距L和帷幕厚度E、有效護(hù)散半徑R三者的幾何關(guān)系如下所示:

以已知的R和E代入公式,便可求得L。但為了使?jié){液交圈形成帷幕又符合經(jīng)濟(jì)要求,L尚應(yīng)滿足下列經(jīng)驗(yàn)公式:

式中:A——孔間距系數(shù),A取1.3～1.6。

設(shè)計(jì)按10m理論間距單排布置孔,實(shí)際施工過程中鉆孔應(yīng)分序布置,第一序鉆孔間距結(jié)合孔間物探透視的最佳效果間距布置,按20m的間距布置。第二序鉆孔間距應(yīng)根據(jù)物探透視結(jié)果來布置。第二序鉆孔采用導(dǎo)斜孔能達(dá)到目的,應(yīng)盡量采用導(dǎo)斜孔。

4 Ⅱ礦帶地下水的防治措施

Ⅱ礦帶地下水的防治的總體原則是:先堵后疏,減少礦坑涌水量,防止地表產(chǎn)生塌陷。具體從以下幾方面著手:

(1)對(duì)4-23線間主巖枝中未封孔的鉆孔進(jìn)行補(bǔ)封;

(2)東部在23線構(gòu)筑L型注漿帷幕堵水;

(3)西部在4線構(gòu)筑L型帷幕注漿堵水;

(4)在完成鉆孔補(bǔ)封和帷幕注漿堵水后,第一期選擇在-224m或-264m水平進(jìn)行疏干放水;

(5)在采礦施工中采取措施保護(hù)主巖枝,保護(hù)帷幕和保護(hù)5線弱透水性大理巖;

(6)建立地下水觀測(cè)系統(tǒng)。

[1]采礦手冊(cè)編輯委會(huì).采礦手冊(cè)(第6卷)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1999.

[2]陳希廉.地質(zhì)學(xué)(礦坑水的防治)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1999.

[3]張國(guó)濤.新編礦山采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)(井巷工程卷)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2006.

[4]博德恩雅.長(zhǎng)注漿帷幕最優(yōu)參數(shù)計(jì)算[J].采礦技術(shù),1985,(2).

[5]祝世平.大紅山礦帷幕注漿工程實(shí)踐及治水效果[A].金屬礦采礦科學(xué)技術(shù)前沿論壇論文集[C].礦業(yè)研究與開發(fā),2006,(S):91～94.

2010-01-14)

劉黔峰(1970-),男,湖南隆回人,采礦工程師,主要從事礦山采礦技術(shù)管理與研究工作,Email:lqf19700310@yahoo.cn。