宜豐新莊銅鉛鋅礦地下水綜合防治技術

楊建安 洪安娜

（中國瑞林工程技術有限公司，江西南昌330032）

宜豐新莊銅鉛鋅礦為改擴建礦山，2003年開始籌建，2006年正式投入生產，采礦規模從最初30×104t/a擴建為現60×104t/a。該礦體的直接頂底板為富水性中等的黃龍組～船山組近礦大理巖（內灰巖），間接頂板為富水性強的黃龍組～船山組灰巖（外灰巖），內、外灰巖被火成巖主巖枝隔開。該礦屬于礦體頂底板直接充水，以溶洞充水為主的水文地質條件復雜的巖溶充水礦床。由于建設初期沒有采取防治水工程，西回風斜井在開拓時，曾因淺部南雄組（KR2Rn）底部礫巖突水影響工期數年，穩定突水量300 m3/h，并引起了地面的塌陷開裂。采取地下水綜合治理措施后，礦山建設順利，井下實現了安全高效采礦。

1 礦區水文地質條件

礦區位于江南臺隆的萍鄉—樂平臺陷與九嶺—高臺山臺拱之接壤部位，宜豐—景德鎮深斷裂的旁側。全區降雨量充沛，多年平均降雨量1 585.3 mm。獅水河為礦區東部地表水系，流量0.59～47.755 L/s。礦區巖溶地下水主要接受大氣降水入滲補給、侵蝕丘陵基巖風化裂隙水側向補給及洪水期地表水的短暫補給。自然條件下主要通過泉水排泄，礦山開采期間主要通過人工排泄。

1.1 含隔水層水文地質特征

礦區含水層組主要有第四系沖洪積層及殘坡積層、南雄組（KR2Rn）底部礫巖、二疊系棲霞組灰巖（PR1Rq）和石炭系黃龍-船山組灰巖（CR2Rh-CR2Rc）；隔水層組主要為元古界雙橋山群（PtR2Rsh）絹云母千枚巖、斜長花崗斑巖（γoπP3PR5R）。

第四系含水層厚度不大，富水性弱，為礦區次要含水層。

南雄組（KR2Rn）底部礫巖分布在礦區南部，北界在103、904、2303、2905等孔一線。向南東方向厚度逐漸增大，最厚可達300 m以上，大部被第四系覆蓋。巖性主要為磚紅色礫巖，巖溶現象發育，抽水試驗q=2.975 L/（s·m），滲透系數K=1.707 m/d，強富水性。

二疊系棲霞組灰巖（PR1Rq）主要為石灰巖，分布于礦區的北部。石炭系黃龍—船山組灰巖由白云質灰巖及大理巖等組成，被主巖枝分為內外灰巖，近接觸帶部分被礦化，這2個地層為1個含水巖組。外灰巖單位涌水量q=1.74～1.85 L/（s·m），滲透系數K=0.906～2.397 m/d，內灰巖中單位涌水量q=0.013 6～0.095 L/（s·m），K=0.017 9～0.279 m/d。

礦區巖溶在平面上主要分布于村前主巖體的北接觸帶、獅水河兩側、南雄組沉積盆地邊緣。在垂向上，-220 m標高以上巖溶發育，溶洞多見，-220 m標高以下巖溶不發育。-220 m標高以上為主要含水帶，-220～-430 m含水較弱。主巖枝外側接觸帶且有礦體分布的地段巖溶也很發育，而且巖溶發育的深度相當大。巖溶發育形態以溶洞為主；巖溶發育特征見表1所示。

礦區發育有近南北向F1、F2斷層，F1位于5～7線之間、F2位于15～17線之間，這2組斷層皆為成礦前斷層，后期遭村前主巖枝插入，均為阻水斷層。

1.2 主巖枝水文地質特征

主巖枝由斜長花崗斑巖（γoπP3PR5R）組成，透水性較差（K=0.017 3 m/d），主巖枝呈東西向發育，傾向北，在4線偏東～23線以西，發育封閉且完整，13～23線之間主巖枝厚度較薄。在23線及23線以東主巖枝頂部存在缺口。

主巖枝作為隔水體，減緩了內、外側的水力聯系及內側地下水的流動性。

2 地下水綜合治理措施

本礦水文地質條件復雜，經分析及研究采取“以堵為主，以疏為輔，疏堵結合，地表井下聯合治理”的綜合防治水措施［10］，著重避開富水性強的外灰巖對采礦的影響。一方面，采用留設保安礦柱、主巖枝補強、上向水平分層充填法采礦保護主巖枝的隔水性能。另一方面，利用注漿帷幕堵截外灰巖地下水向礦坑的徑流通道，生產、基建過程中探放水、封閉不良鉆孔預防采礦過程中的突水現象，消除礦山突然涌水的可能性。另外，建立了礦山地下水位觀測系統監測礦坑周圍地下水位，確保內灰巖地下水位降至開采標高以下，實現安全開采。

礦山采取的綜合地下水治理措施主要如下。

（1）生產、開拓巷道超前探、放水，堅持“有疑必探、先探后掘”的探水原則。

（2）-105 m、-185 m中段接合穿脈巷道施工叢狀放水孔放水［9］，-105 m中段施工了2個放水硐室，6個放水孔，放水孔長度30～70 m。-185 m中段施工了1個放水硐室，共有3個放水孔，放水孔長度約40 m。放水孔開孔直徑110 mm，終孔直徑不小于91 mm，水平孔的仰角為1°～5°，放水硐室大小為3.0 m×3.0 m×2.5 m。

（3）23線帷幕注漿堵水工程，23線為東部地下水狹窄進口，進水段寬150 m，南北兩端為火成巖隔水體，南北兩端所夾內灰巖面積最小。注漿帷幕線帷幕全長300 m，南北向沿23線布置，長200 m，東西向從17線至23線，長100 m。帷幕線注漿平均孔距10 m，帷幕底界標高-200 m，孔深30 m至260 m，設計注漿孔鉆探總長5 000 m。帷幕設計整體透水率為5 Lu（K=0.06 m/d），帷幕檢查孔壓水試驗達到0.58 Lu（K=0.007 m/d），帷幕結石體塑性強度大于3.3 MPa，滲透系數小于0.002 5 m/d。

共有19處。平泉市的街旁綠地總量不多，且規模都偏小，超過5000m2的綠地2處，面積1000-3000m2的綠地有8處，面積不足1000m2的綠地9處，可見，這些街旁綠地雖然在城市中做到了見縫插綠，但總量遠遠不夠。

（4）采礦采用上向水平分層膠結充填法，防止采礦活動對主巖枝產生破壞，保護礦區地表。

（5）老鉆孔補封及主巖枝加強。礦山對東部以13線為界，西到7線，南到904孔，北到906孔，東西長200 m，南北寬250 m，面積約50 000 m2的主巖枝薄弱部位或附近的17個封閉不良鉆孔進行了補強水泥注漿【7】。封孔采用高標號水泥，封孔段抗壓強度為所受水頭壓力的2倍。17線主巖枝較薄，利用補封鉆孔加厚主巖枝，再封孔。

（6）地下水觀測系統，設觀測孔14個，內灰巖觀測孔1個，外灰巖觀測孔12個，內外灰巖兼顧孔1個，為礦山取得了系統的地下水位統計資料。

（7）礦山早期采用煤炭系統經驗公式按水平及垂直方向上留設了81.8 m的防水礦柱?，F根據研究論證成果，按水平方向20 m，垂直方向40 m留設保安礦柱。目前礦山井下未新增出水點，出水點水量穩定，證明防水礦柱的留設較為合理，起到了保護主巖枝不受破壞的作用。

3 治水效果

3.1 礦坑涌水量

設計階段以礦山水文地質報告為基礎采用水平集水廊道+半大井公式預測-225 m中段礦坑地下水涌水量為76 920 m3/d。礦山2011年開始對東部23線構筑注漿帷幕，注漿補強局部主巖枝厚度，封堵頂板老鉆孔等防治水工程施工，2012年基本結束。2012—2014年礦山進行60萬t改擴建工程基建，生產開拓巷道逐步拉開，-105 m、-225 m中段施工放水孔，放水量由321 m3/h穩定到2016年底187 m3/h。從圖1可以看出，采取綜合防治水措施后的2015年、2016年，-225 m以上中段涌水量穩定在4 500 m3/d左右，減小地下水量達94%，說明已實施的防治水工程取得了顯著的治水效果［3-4］。

3.2 地下水位現狀

4 結論及建議

該礦的井下涌水治理實踐證明，以堵為主，以疏為輔，疏堵結合，地表井下聯合治理的綜合防治水措施取得了顯著的治水效果。該礦采用的地下水防治措施多樣且系統，基本囊括了水文地質條件復雜坑下礦山采用的地下水防治水措施，對同類型礦山地下水的防治工作具有較強的借鑒意義。