黑牛洞铜矿开拓巷道涌水治理

2013-05-05王国吕

采矿技术 2013年2期

王国吕

（四川里伍铜业股份有限公司，四川甘孜州 626201）

里伍公司新建黑牛洞铜矿1500t／d采选工程，其开拓巷道布置在标高3000～3500m范围内，矿区内地形属深切割的构造剥蚀中高山地形地貌，区内地表水系较发育，矿区内水文地质条件较复杂。雨季单个开拓巷道日涌水量为3624～4536m3，巷道内涌水形成一层层“水帘”，对矿山基建巷道的掘进、设备安装运行和作业人员工作环境造成了极大影响。

1 矿区内水文地质情况

黑牛洞铜矿位于川藏高原的东缘，属横断山系大雪山的南延部位，系侵蚀构造地形。区内水系属雅砻江水系，主要含水岩组为风化裂隙含水岩组和第四系残坡积孔隙含水岩组。

（1）风化裂隙含水岩组。风化裂隙含水组岩性为黑灰色黑云绢云片岩、云母石英片岩夹灰色云母石英岩、云母长石石英岩夹斜长角闪岩、变粒岩。近地表厚0～80m岩段岩体风化裂隙、卸荷裂隙、构造裂隙较为发育，接受大气降水补给丰富，为富水微弱的裂隙含水岩组［1］。

（2）第四系残坡积孔隙含水岩组。矿区表体覆有一层厚0～43m残坡积孔隙含水岩组，成份为粘土及碎石，碎石主要为风化残留的里伍群中岩带（Pt2l2）黑灰色黑云绢云片岩、云母长石石英岩岩块。该层土体呈松散土状，结构疏松，厚度薄，富水性严格受大气降水的控制。

2 巷道涌水来源与成因

区内地势陡峻，地形坡度一般为47°～63°，树枝状次级冲沟发育，为原始森林区，较为有利于拦蓄大气降水。第四系残坡积孔隙含水岩组在雨季由于接受大气降水的补给，常处于饱和状态，其中富含的水体在重力作用下，部分入渗补给下伏基岩，部分以面流或雨后“泉”的形式沿沟谷排泄。

风化裂隙含水岩组岩体岩石颗粒细腻、结构致密。近地表岩体风化强烈，风化裂隙、卸荷裂隙、构造裂隙等Ⅳ、Ⅴ结构面较为发育。裂隙面凹凸不平，多数开启，裂隙充填较少铁质及泥质薄膜。在长期风化营力的作用下裂隙相互贯通，形成地下裂隙网络贮水空间，在雨季表体入渗补给下，为接纳大气降水提供了较为有利的储藏空间。

在巷道掘进过程中，人为开掘出的硐室空间破坏了岩组内原有的贮水构造，使裂隙网络水在静水压力作用下沿裂隙节理面流动，最终在裂隙与巷道岩壁接触部位形成涌水现象。

矿区内年最大降雨量为1534.5mm，雨季主要集中在6～9月，主要风季（旱季）为1～4月。巷道内涌水来源主要为大气降水，且含水岩组富水性严格受大气降水控制，巷道内涌水量随季节变化明显，涌水量从11月开始递减，在每年的4～5月基本不见涌水现象。

3 巷道涌水治理措施

黑牛洞铜矿正处基建时期，开拓巷道内的涌水治理也随井巷工程施工的不同阶段采取相应的措施。主要分为巷道掘进和巷道成型后两个时期的治理，巷道成型后又包含巷道壁出水位置引水和底板水沟排水两个方面。

3.1 巷道掘进施工超前导流法

开拓巷道设计为2.3m×2.767m三心拱形断面，采用普通YT28型气腿式凿岩机凿岩，钻杆直径35mm，长度2.5m。因受作业面前进方向岩层涌水影响，在完成凿岩钻孔后，岩组裂隙水在静水压力作用下向钻孔内流动并形成一定的出水压力，即使使用防水乳化炸药装填也一样被水压冲出孔口，致使凿岩后装药难度加大。因岩层涌水路径自由面多与巷道走向斜交，经实践，可在掘进爆破“掌子面”周边孔位使用5m长度钻杆超前凿出3～5m左右深度的空孔，将涌水超前引导至空孔排出。此法适用于巷道掘进时期对作业面涌水的治理，在实践中空孔超前导流形成的水柱孔间隔［2］效应还可提高巷道爆破成型与除尘效果。

3.2 巷道成型后涌水治理

因岩组含水裂隙网络不规整，涌水自由面与巷道开掘自由面交汇位置存在一定随机性，在巷道成型后涌水区段出水量与出水位置分散程度都没有规律可寻。在治理过程中针对不同的涌水情况采取了相应的措施。

3.2.1 扩孔软管导流法

针对涌水量大且出水部位集中的情况，可根据涌水量大小在出水部位沿裂隙自由面凿出直径50～100mm、深度100～150mm的导水孔，并用相应孔径大小的软管插入其中将水导入墙底排水沟，软管与出水岩壁结合处采用锚固剂进行密封，软管沿墙面布置并用管卡固定。

3.2.2 覆盖引流封闭法

针对涌水量大且出水分散的情况，可采用8 mm厚度铁皮对整个出水部位贴壁覆盖，用直径12 mm的螺母对铁皮进行锚固，铁皮在巷道延伸方向上的两端向上折出高度30mm左右的直角形成“U形水槽”，铁皮与巷道壁接触的两端沿墙壁覆盖至巷道底板，涌水可在自身重力作用下沿“U形水槽”内面流至墙根处再进入排水沟。

在形成铁皮整体覆盖后，可对此段进行 M7.5砂浆喷射封闭处理，砂浆封闭厚度应达到30mm以上。

3.2.3 封闭集中导流法

针对涌水量较小且出水位置分散的情况，因涌水水压整体较小，可对涌水部位采用喷浆封堵［3］的方式处理。在原有出水裂隙被封闭的情况下，水体在静水压力作用下会沿着阻力较小的节理自由面渗透，整个分散出水段最终会集中在某个喷浆封闭薄弱面，自然形成一个出水口。这样就将原本分散的涌水集中形成一个流量较大的单个出水口，再采用上文提到的“扩孔软管导流法”进行后续处理。

巷道内涌水存在一定静水压力，且涌水量大小随季节变化明显，为保证对涌水治理产生最佳封闭集中效果，喷浆作业选择在风季进行。

3.3 巷道排水沟设计

因巷道内涌水总量较大，出水位置无规律，在初步治理措施中已将巷道壁面的涌水沿边墙引导至巷道地板。为使巷道内涌水集中排流，在设计排水沟时考虑将水沟盖板厚度计入排水沟开掘深度，在完成水沟盖板铺设后，盖板表面与巷道底板处于同一平面或略微低于巷道底板（见图1），水流可在势能作用下沿盖板预留槽自然流进排水沟。

图1 水沟的开挖砌筑

4 治理成果

通过对巷道掘进时期工作面的涌水超前导流和对成巷后期几种涌水方式的针对性处理，有效解决了掘进时期“装药难”的问题，并使巷道原有的“趟水过河”现象得到了彻底改善，有效避免了后续安装工程中可能出现的“泡碴”现象，改善了巷道内机车运行和作业人员通行的条件。

5 涌水利用［4］

黑牛洞矿山全矿生产用水是经过3级加压泵站取自雅砻江，提升高度1994m，输水线路长3620 m。含水裂隙充填较少铁质及泥质薄膜，巷道内涌水在经过岩层与裂隙过滤后不含泥沙等杂质，水质清澈无明显悬浮物。巷道内涌水量虽受区域季节性影响明显，但全年巷道内涌水现象仍持续8个月左右，对涌水进行集中导排的基础上，在硐口附近地表位置修建高位水池，作为井下采矿作业和地表选矿工业场地生产备用水源。