淺談巴基斯坦塔爾二區地下水及邊坡治理

尹育華

摘要：文章在對巴基斯坦塔爾煤礦水文和工程地質條件進行分析研究的基礎上，針對塔爾煤礦疏干排水量遠超設計水平，對露天礦邊幫安全形成構成嚴重威脅等問題，提出了地下水治理和加強邊幫穩定的思路和方向。

關鍵詞：塔爾礦區;邊坡;承壓水;褐煤疏干排水

一、項目概述

塔爾煤田位于巴基斯坦國信德省東南部塔爾沙漠附近，是世界第七大煤田，煤田面積9000平方公里，儲量1750億噸，占巴國煤炭總儲量的95%。可采煤層四層，厚度平均25米左右。發熱量在2700kcal/kg左右，是優質的動力用煤。塔爾煤礦二區塊項目是中巴經濟走廊框架下巴國首個大型露天煤礦項目，由信德省安格魯礦業公司負責開采。

塔爾煤礦二區塊占地面積99.5km?，可采儲量13.44億噸[1，2]。距卡拉奇（Karaqi）約380km，距最近的城鎮—伊斯蘭姆考特（Lslamkot）鎮約25km。該區屬于干旱、半干旱的沙漠地貌，無地表水體，年均降雨量288.71mm。南部35km為卡奇沼澤，地下水局部出露地表。西部約100km有水庫引出的人工水渠。

項目一期工程包括年產380萬噸褐煤的露天礦和2X330MW的電廠，于2014年開工6月，目前已進入生產運營階段。二期配套的2X330MW電廠已經開始建設。根據規劃，項目三期完工后，煤礦總產能將擴大到2150萬噸/年。

二、工程和水文地質特征

塔爾礦區地質構造簡單，無斷層，產狀近水平，傾角小于2°。地層由上至下為：第四系沙丘（Q）;第三系上新統河湖相沖積物（N），第三系古新統Bara地層（E），是主含煤層;基底是以花崗巖為主的先寒武系雜巖。

第四系沙丘層（Q）平均厚度56m，主要由松散細砂組成，強度小。該層底部賦存表面潛水，含水層厚度1～5m，分布不連續，水量較少。上新統軟巖層（N）主要由細砂巖、中粗砂巖、粘土巖、粉砂巖、粘土質粉砂巖和粉砂質粘土巖等組成，因成巖年代短，巖層強度較小。底部砂巖層含水，厚度約6m，徑流補給量1500t/d，滲透性一般，富水性屬弱—中等。下部古近系Bara地層軟巖層（E）主要由泥巖、煤和砂巖組成，強度相對較大。其中煤層頂板和底板的泥巖形成了隔水性極好的隔水層。隔水層下部由中粒砂和粗砂組成，為一承壓含水層。該含水層厚度在30m～50m之間，全區分布，巖層滲透性較好，北部富水性強，南部富水性中等，地下水徑流方向由北東到南西，由礦區東北200km處沙丘露頭含水層補給，是該區域的主要含水層。

三、露天邊坡及疏干排水現狀

由于巖層以軟巖/沙丘為主，露天礦整體幫坡角設計為26°。沙丘（Q）層段、軟巖層（N）層段和Bara（E）層段的穩定邊坡角分別為24°、25°和30°。

在平盤組合上，采用了兩個安全平盤與一個運輸平盤的三臺階組合，以增大安全平盤寬度，降低局部臺階邊坡角，確保整體邊幫穩定。

露天礦剝離過程中僅上部二層地下水涌出，因水量少易于疏干。

由于煤層下部為承壓含水層，其初始水位標高25～55m，涌水量超過該區總量的87%，且煤層及其頂底板本身就是承壓水層的隔水層，因此對于露天礦邊坡穩定影響很大[，3，4]。采掘場內涌水時，將使平盤巖石泥化，降低邊坡穩定性，嚴重時甚至可能淹沒坑底采掘場。因此開采前必須對承壓水預先進行疏干排水，一方面可降低水壓，另一方面可降低巖石含水率。

為使地下水位滿足露天采剝要求，根據采掘場降段計劃，在采掘場北幫、東幫（非工作幫）、南幫外側布置26個降水孔。

按最初設計，涌水量最大值出現在疏干排水后的第2到第3年，約為86×10?m?/d，此后逐年減少。經疏干排水煤層底部含水層水位應低于采掘場底板5～10m，以滿足開采安全要求。

四、存在問題

從項目開工建設到投入生產近6年來，塔爾煤礦二區塊項目整體運行良好，但疏干排水量一直居高不下，日均排水量約10萬m?。由于巴基斯坦電力供應不穩定，時有停電現象發生，目前邊幫已有局部坍塌現象發生。如果連續停電超過2天，邊坡有發生大規模坍塌的危險。

由于水文工程地質條件的復雜性和不確定性，預測的逐年涌水量與實際情況存在一定差異是在所難免的，從露天礦順利投運情況看，前期對煤層底板承壓水的模型基本反應了地下水的實際情況，選擇的疏干排水方案也無大的失誤。就實際疏干排水量遠超設計方案問題，筆者認為應從以下幾方面考慮：

1.塔爾煤礦二區塊煤礦的主要儲水層是煤層下部承壓含水層，疏干排水量也主要來自該含水層。該含水層分布區域超過10000平方公里，含水層厚度30～50米，水頭差大，涌水量大。地下水補給來自于礦區東北部含水層露頭，該含水層露頭賦存在礦區東北部200km處的沙丘砂下面。

2.礦區南部卡奇沼澤有地表水出露，考慮到沙漠干旱地區的蒸發量較大，必須有較大的補給水源才能進行補償，結合該地區地下水富存情況綜合分析，其補給源頭應與煤層下部含水層有關。塔爾煤礦疏水工程造成地下水位下降后，不排除卡奇沼澤水回流的情況。總之，該含水層富水量巨大，按塔爾煤電項目現有規模，難以承受完全疏干地下水層的費用。

3.在含水層富水量較大的情況下，巖層的滲透系數對疏干排水量的影響很大。滲透系數越大，側向徑流越大，疏干范圍就相對增大，總涌水量就會大幅度增加。該礦日均10萬m?實際疏干排水量，說明巖層滲透系數較大。但早期開展的抽水試驗數據，揭示該巖層滲透系數較小，抽水模型數據相對樂觀。前后數據的矛盾，說明該含水層巖性不均一，導致滲透系數不均一。原因不排除局部區域存在斷層或破碎帶，局部存在高滲透性巖土夾層等，為地下水徑流提供了一定的快速補給通道。

五、建議和解決方案

1. 進一步開展水文地質調查

一是加密礦區范圍內原有水文鉆孔，通過水文觀測和抽水試驗摸清區域徑流規律，確定高滲透系數區域范圍，進而研究局部施工帷幕注漿等隔水屏障[5]，以降低滲透系數的可行性。二是進一步查明煤層下部含水層相關的區域水文地質條件，揭示其補給和條件，是否與礦區南部卡奇沼澤水相關，以及目前外排的水是否有部分回流，形成循環等問題，以便采取針對性措施，降低礦井的疏干排水量。

2.在目前疏水孔以外（遠離礦坑上水頭處）施工疏干排水孔抽水，利用水頭降落漏斗進一步降低礦坑上水頭處的地下水位，延長停止抽水時水位回升時間，保證邊坡安全。

參考文獻

[1]楊麗萍，吳野，巴基斯坦塔爾地區疏干防排水設計[M]，露天采礦技術，2014-7：41-43.

[2]王立杰，宋明智，巴基斯坦塔爾煤田開發的經濟學分析[M]，煤炭經濟研究，2012-4：43-46.

[3]范軍富等，地下水對靈泉露天礦邊坡穩定性影響分析研究[M]，水資源與水工程學報，2011-10：121-125.

[4]楊麗萍，伊敏三號露天礦疏干防排水設計，露天采礦技術[M]，2014-11：16-19.

[5] 李曉鳳，彭洪閣，地下水對露天礦邊坡穩定性影響及防治措施研究[M]. 能源技術與管理，2013-5：18-20.