新莊銅鉛鋅礦Ⅱ礦帶防治水探討

劉黔峰

(錫礦山閃星銻業有限責任公司, 湖南冷水江市 417502)

新莊銅鉛鋅礦Ⅱ礦帶防治水探討

劉黔峰

(錫礦山閃星銻業有限責任公司, 湖南冷水江市 417502)

通過對新莊銅鉛鋅礦Ⅱ礦帶水文地質條件的分析,確定了采用帷幕注漿防治水的方案,并對注漿材料選擇進行了探討,對注漿孔孔距進行了理論計算。

水文地質;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境內,礦區位于白堊紀紅色盆地的北部邊緣與石炭、二迭系灰巖的結合處,區內地勢平坦低洼(地表標高+52 m),為區域地表水和地下水的匯流地。區內礦體埋藏于侵蝕基準面以下,是一個隱伏巖溶型礦床,黃龍組-船山組灰巖及第三系南雄組底礫巖巖溶發育,富水性強,為礦體直接充水頂板含水層。礦區水文地質條件屬復雜類型。根據地質報告估算該礦山地下水涌水量為35300m3/d。

2 Ⅱ礦帶的水文地質條件

2.1 概 述

新莊銅鉛鋅礦劃分為4個礦帶,Ⅰ礦帶產于主巖枝外側,主要為氧化礦,水文地質條件極復雜,在可行性研究中未列入開采計劃,Ⅲ、Ⅳ礦帶產于火成巖中,四周均為隔水體,水文地質條件簡單,僅局部地段在頂部與K2n含水層接觸,需要預留防水礦柱。Ⅱ礦帶產于主巖枝內側,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Ⅱ礦帶進行防治水設計。

2.2 主巖枝的阻水性與完整性

Ⅱ礦帶水文地質條件復雜程度完全取決于主巖枝的阻水性,因為有主巖枝的存在,才有可能開發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,現有鉆孔資料表明主巖枝是閉合的,是連續完整的,但有一些勘探鉆孔穿過了主巖枝,而且在主巖枝段沒有進行封閉。在23線及23線以東主巖枝頂部出現缺口,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C2h-C2c的巖溶發育的差異性來看,主巖枝具有阻水作用。由于中間有未封孔導水,東部主巖枝有缺口,西部主巖枝呈開口狀,所以主巖枝內外側C2h-C2c含水層有完全的水力聯系。礦山現在1、2、3中段施工的8條通往Ⅱ礦帶的穿脈都遇水,充分說明內外側C2h-C2c含水層是有完全的水力聯系的。主巖枝內外側C2h-C2c巖溶發育差異性對照情況見表2。

表2 主巖枝內外側C2h-C2c巖溶發育差異性對照

2.3 礦坑涌水量估算

中部未封鉆孔漏水按每孔30t/h的經驗值估算,共17個未封鉆孔總漏水量為510t/h。東部缺口進水采用勘探報告中的計算結果,西部開口進水參照東部計算。礦坑涌水量估算結果見表3。

2.4 Ⅱ礦帶的水文地質問題

Ⅱ礦帶在今后開采過程中如不采取有效的防治水措施,將會產生以下水文地質方面的問題:

表3 礦坑涌水量估算結果

(1)礦坑涌水量大,估計五中段礦坑涌水量將達1056～1576t/h;

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

(3)地表塌陷,直接疏排可能導致大量地表塌陷,地質報告預測可能塌陷區面積達900×103m2,可能塌穿公路、村莊,一旦塌穿河流導致河水倒灌,將可能導致淹井,其后果嚴重。

3 Ⅱ礦帶的治水方案設計

Ⅱ礦帶采用帷幕注漿堵水來進行治水。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段構成東部L1帷幕。4線與AB段構成西部L2帷幕。

3.2 帷幕注漿工藝設計

3.2.1 注漿材料選擇

根據新莊礦內C2h-C2c巖溶率低,過水通道以微巖溶與裂隙為主的特點,設計選擇以水泥漿粘土漿液為主,純水泥漿為輔。水泥粘土漿液應進行現場試驗,漿液配比應根據試驗結果、鉆孔注水率,鉆孔注漿過程中注漿壓力和注漿的實際情況而定。

3.2.2 注漿孔孔距

應用馬洛(Maog)公式計算擴散半徑,其公式如下:

式中:R——擴散半徑,cm;

r1——土壤滲透系數,cm/s;

C——水的粘度,cP;

C1——粘液的粘度,cP;

h——注漿壓力,cmH2O;

t——漿液的凝結時間,s;

n——土壤孔隙率,%。

孔間距L和帷幕厚度E、有效護散半徑R三者的幾何關系如下所示:

以已知的R和E代入公式,便可求得L。但為了使漿液交圈形成帷幕又符合經濟要求,L尚應滿足下列經驗公式:

式中:A——孔間距系數,A取1.3～1.6。

設計按10m理論間距單排布置孔,實際施工過程中鉆孔應分序布置,第一序鉆孔間距結合孔間物探透視的最佳效果間距布置,按20m的間距布置。第二序鉆孔間距應根據物探透視結果來布置。第二序鉆孔采用導斜孔能達到目的,應盡量采用導斜孔。

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,防止地表產生塌陷。具體從以下幾方面著手:

(1)對4-23線間主巖枝中未封孔的鉆孔進行補封;

(2)東部在23線構筑L型注漿帷幕堵水;

(3)西部在4線構筑L型帷幕注漿堵水;

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

(5)在采礦施工中采取措施保護主巖枝,保護帷幕和保護5線弱透水性大理巖;

(6)建立地下水觀測系統。

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

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

[3]張國濤.新編礦山采礦設計手冊(井巷工程卷)[M].徐州:中國礦業大學出版社,2006.

[4]博德恩雅.長注漿帷幕最優參數計算[J].采礦技術,1985,(2).

[5]祝世平.大紅山礦帷幕注漿工程實踐及治水效果[A].金屬礦采礦科學技術前沿論壇論文集[C].礦業研究與開發,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管理與研究工作,Email:lqf19700310@yahoo.cn。