金堆城采礦場(chǎng)北部邊坡滲水治理方案研究

曹 紅

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 華縣 714102)

0 前言

金堆城露天采礦場(chǎng)北部經(jīng)擴(kuò)幫采挖后，已開(kāi)挖至高程1 080 m，形成了東西長(zhǎng)約650 m，高150 ～270 m，各臺(tái)階坡面角約69°、整體邊坡角約40°的人工高陡邊坡。由于受燕門(mén)凹斷裂帶的影響，北部邊坡巖體松散破碎，中強(qiáng)風(fēng)化，力學(xué)強(qiáng)度低下，節(jié)理裂隙發(fā)育，工程性質(zhì)極差。北部邊坡又長(zhǎng)期受到地下水的破壞影響，導(dǎo)致整個(gè)邊坡穩(wěn)定性較差，現(xiàn)已出現(xiàn)滑落、垮塌等變形破壞現(xiàn)象，很多地段形成了一面坡的地貌特征。

整個(gè)邊坡在高程1 160 m 以上，因地下水的滲出使坡面上出現(xiàn)了多處大的滲水點(diǎn)。這些滲水點(diǎn)的徑流水對(duì)邊坡具有不斷地沖刷、軟化、溶蝕等變形破壞作用。根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)滲水點(diǎn)分布情況及滲流量的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)地下水的破壞作用是影響北部邊坡穩(wěn)定性的主要因素之一。為保證邊坡的長(zhǎng)久穩(wěn)定，需要對(duì)北部邊坡在查明滲水原因及滲水分布情況的基礎(chǔ)上，采取合理有效的措施，進(jìn)行滲水治理方案研究，進(jìn)而確保礦山的安全生產(chǎn)。

1 采礦場(chǎng)北部水文地質(zhì)條件與特征

采礦場(chǎng)北部出露的巖石曾受到了多次構(gòu)造應(yīng)力作用，造成的變形破壞強(qiáng)烈而又復(fù)雜，巖石呈碎裂至散體狀結(jié)構(gòu)，其完整性極差。劈理化安山玢巖、構(gòu)造角礫巖、構(gòu)造碎裂巖和花崗斑巖是構(gòu)成北部邊坡的主要巖性。該巖性發(fā)育的風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙和斷裂破碎帶中賦存有地下水，地下水直接受降雨補(bǔ)給。

該地下水賦存條件與動(dòng)態(tài)變化特征為:大氣降水直接或形成地表水沿著各種裂隙下滲進(jìn)入地下，形成了上層第四系潛水和下層基巖裂隙潛水，地下水位北高南低，總體流向沿邊坡向礦坑滲流。該地下水動(dòng)態(tài)特征為雨水型，其流量和水位隨季節(jié)及降雨量的變化而變化，降雨量越大，降雨持續(xù)天數(shù)越長(zhǎng)，地下裂隙水水位上升就越快。

基巖裂隙潛水一部分通過(guò)滲流流入到地下，因地下水沿裂隙運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，使得該區(qū)基巖地下水的水力特性主要為承壓性質(zhì);另一部分將在不同巖性接觸帶有利的地貌部位，例如邊坡面裂隙處以下降泉或滲流等方式溢出地表，流入礦坑，且滲流量也隨季節(jié)及降雨量的變化而變化。這部分滲流水對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響較大，其滲水點(diǎn)位于北部邊坡中下部張性角礫巖帶內(nèi)，張性角礫巖為透水層，壓扭性角礫巖為隔水層，基巖裂隙水在透水層內(nèi)潛流，碰到隔水層后就以泉水的形式排泄出來(lái)。

2 北部邊坡滲水現(xiàn)狀

目前，北部邊坡主要在1 250 m 平臺(tái)沿邊坡底腳處從東向西修筑有一條攔截排水渠，能夠攔截上部徑流下來(lái)的地表水和邊坡滲流出來(lái)的地下徑流水，減少了水應(yīng)力作用對(duì)邊坡局部的變形破壞影響，保護(hù)了邊坡的穩(wěn)定性。但在1 250 m 平臺(tái)以下的邊坡因未能采取疏導(dǎo)地下水的有效措施，導(dǎo)致在標(biāo)高1 160 ～1 250 m 邊坡上出現(xiàn)了多處分布的滲水點(diǎn)(滲水點(diǎn)最低位置為標(biāo)高1 160 m ，見(jiàn)圖1)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查與長(zhǎng)期實(shí)測(cè)，已查明北部邊坡東部1#～3#山頭(見(jiàn)圖2)下方和西部7#～8#山頭(見(jiàn)圖2)下方1 160 ～1 250 m 邊坡面上的滲水點(diǎn)較少，滲流量不大，流量一般為0.187 ～2.252 L/s;北部邊坡中部3#～7#山頭下方1 160 ～1 250 m 邊坡面上的滲水點(diǎn)密集，各滲流量變化較大，流量一般為1.213 ～8.916 L/s。這些大的滲水點(diǎn)常年向外滲水不斷地沖刷坡面，形成了多處沖溝、節(jié)理裂隙，加劇了邊坡巖體的滑落、垮塌，使局部邊坡處于極不穩(wěn)定狀態(tài)。常此以往，勢(shì)必將對(duì)北部邊坡整體穩(wěn)定性造成嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。

圖1 北部邊坡主要滲水位置

3 北部邊坡滲水治理方案研究

3.1 滲水治理方案確定依據(jù)

根據(jù)北部邊坡巖體巖性結(jié)構(gòu)、邊坡形態(tài)特征、地下水賦存條件與動(dòng)態(tài)變化特征、滲水原因及滲水分布情況等的綜合分析，在標(biāo)高1 160 m 處的壓扭性角礫巖是隔水層，受它的影響，地下水不能正常排泄出來(lái)，就在1 160 m 以上邊坡內(nèi)不斷徑流或沿坡面裂隙滲流出來(lái)，對(duì)邊坡進(jìn)行溶蝕、軟化、沖刷，從而影響邊坡的穩(wěn)定性。根據(jù)水文地質(zhì)手冊(cè)中邊坡滲水治理有關(guān)要求，當(dāng)巖層滲透系數(shù)k ＞1 ×10－6cm/s 時(shí)，對(duì)巖體內(nèi)的地下水疏干采用重力疏干法效果較好。

依據(jù)金堆城露天采礦場(chǎng)北部有關(guān)水文地質(zhì)鉆孔抽水試驗(yàn)資料，了解到該北部邊坡巖層中基巖裂隙潛水的富水性和透水性都很微弱，流量一般為0.009～0.115 L/s，滲透系數(shù)k 為7.3 ×10－6～9.4 ×10－6cm/s ＞1 ×10－6cm/s。故可以采用重力疏干法，沿標(biāo)高1 160 m 平臺(tái)邊坡坡腳處的合適位置打入垂直于邊坡走向的近似水平排水孔，在孔內(nèi)裝入濾水管，將邊坡內(nèi)部的地下水分別集中疏導(dǎo)引出，減少或杜絕邊坡面向外滲水的治理方案，以減少地下水對(duì)邊坡的破壞影響，從而達(dá)到間接加固邊坡穩(wěn)定的目的。

3.2 滲水治理方案設(shè)計(jì)

根據(jù)以上確定的滲水治理方案，結(jié)合北部邊坡形態(tài)及滲水現(xiàn)狀，采取合理有效的具體實(shí)施措施進(jìn)行設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

圖2 采礦場(chǎng)北部邊坡滲水治理方案現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)示意圖

3.2.1 新平臺(tái)與排水渠設(shè)計(jì)

按照上述分析，首先需在北部邊坡標(biāo)高1 160 m處，沿邊坡走向修建5 m 寬的新平臺(tái)，并在平臺(tái)上沿邊坡坡腳處修筑總長(zhǎng)800 m，上寬1.5 m×下寬1.2 m×深1 m 的攔截排水渠，用以攔截邊坡上部地表徑流水及將來(lái)的排水孔滲流水。

3.2.2 近似水平排水孔深度設(shè)計(jì)

采礦場(chǎng)北部1 160 ～1 250 m 之間邊坡垂直高度為90 m。依據(jù)水文地質(zhì)手冊(cè)中排水孔設(shè)計(jì)要求，水平孔深應(yīng)達(dá)到需治理邊坡垂直高度的一半以上，可設(shè)計(jì)近似水平排水孔的深度至少為45 m，且在孔內(nèi)裝入相應(yīng)長(zhǎng)的濾水管。

3.2.3 濾水管設(shè)計(jì)

為防止濾水管被圍巖擠壓破裂、生銹及濾水效果差等因素的影響，濾水管應(yīng)采用U－PVC 高效濾水管。高效濾水管是一種由U－PVC 骨架管及濾布筒組成的新型過(guò)濾器，它具有耐腐蝕、不堵塞、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低、不涌砂等特點(diǎn)，可廣泛使用于各種水文地質(zhì)條件下的供水、疏干、觀測(cè)等水井工程。因采礦場(chǎng)北部邊坡排水孔深度設(shè)計(jì)為45 m，濾水管伸出孔外1 ～2 m，故濾水管一根總長(zhǎng)度宜設(shè)計(jì)為46 ～47 m。

3.2.4 排水孔施工方案設(shè)計(jì)

依據(jù)北部邊坡巖體巖性結(jié)構(gòu)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)邊坡滲流情況的勘查和排水孔設(shè)計(jì)的一般原則，近似水平排水孔現(xiàn)場(chǎng)施工方案設(shè)計(jì)如下:

(1)孔間距。1#～3#山頭下方和7#～8#山頭下方的1 160 ～1 250 m 之間邊坡面上的滲水點(diǎn)較少且滲流量較小，可設(shè)計(jì)在該邊坡區(qū)段范圍內(nèi)沿1 160 m平臺(tái)坡腳處分布的排水孔間距為15 m;3#～7#山頭下方的1 160 ～1 250 m 邊坡屬于地下水滲流密集且滲流量較大地帶，可設(shè)計(jì)在該邊坡區(qū)段范圍內(nèi)沿1 160 m平臺(tái)坡腳處分布的排水孔間距為10 m。所有排水孔設(shè)置沿邊坡坡腳處呈扇形展布。

(2)孔徑。露天礦現(xiàn)有打孔工具成孔的孔徑只有107 mm，那么濾水管管徑宜采用為75 ～90 mm，單根長(zhǎng)度為6 m。

(3)孔傾角。傾角一般采用3° ～5°仰角，打孔時(shí)應(yīng)沿近似垂直邊坡方向打入邊坡以內(nèi)。

北部邊坡水平排水孔設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)參見(jiàn)表1。

4 結(jié)論及建議

金堆城露天采礦場(chǎng)北部已擴(kuò)幫到1080 平盤(pán)，所形成的高陡邊坡為永久邊坡，它的長(zhǎng)久穩(wěn)定性直接關(guān)系到采礦場(chǎng)的安全生產(chǎn)。影響北部邊坡穩(wěn)定性的因素，除與構(gòu)成該邊坡的巖性結(jié)構(gòu)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)、邊坡形態(tài)特征等影響因素外，邊坡內(nèi)地下水對(duì)邊坡溶蝕、軟化、滲出沖刷也是影響北部邊坡穩(wěn)定性的主要因素之一。因此，采用以上邊坡滲水治理方案，并為保證該方案得以成功實(shí)施進(jìn)行設(shè)計(jì)，所采取的合理有效措施，能夠?qū)⑦吰碌叵滤韪梢?，減少或杜絕邊坡面向外滲水對(duì)邊坡的破壞影響，從而達(dá)到了間接加固邊坡穩(wěn)定的目的。

表1 近似水平排水孔設(shè)計(jì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

要充分發(fā)揮排水孔對(duì)地下水的疏干作用，建議如下:

(1)還必須先對(duì)邊坡進(jìn)行相應(yīng)的防護(hù)加固措施處理，防止因邊坡的剝落、溜坍、崩塌等變形破壞，進(jìn)而破壞排水孔設(shè)施;

(2)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，應(yīng)盡量將水平排水孔在坡腳處沿垂直于邊坡走向打入。

［1］ 劉正峰.水文地質(zhì)手冊(cè)［M］. 長(zhǎng)春:銀聲音像出版社，2005.

［2］ 商連勇，朱曉萍.露天礦邊坡治理綜述［J］.礦業(yè)工程，2005，(4).