帷幕注浆地质环境论文

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1矿山地质环境问题

凡口铅锌矿地下水动、静储量大，水文地质条件极复杂。在矿山建设早期，曾多次发生突水、涌泥、淹井、地面塌陷、河水倒灌等水害，一度使矿山基建工作停滞。1958—1984年完成浅部截流疏干治水工程，使得矿区形成了一个降深120m、半径约2900m、影响范围达7．75km2的稳定疏干漏斗，有效地消除了地下水对采矿的威胁，保证了矿产资源的开发，但由于矿山长期疏干排水，主要导致以下地质环境问题:(1)在疏干漏斗范围内，地面塌陷活动频繁，从建矿以来，共产生塌陷3616个(不包括老塌陷复活)，个别区域塌陷规模大，复活率高，由此毁坏水田、旱地、宅地共80.6万m2。同时塌陷也影响到矿区主要生产设施的安全运行，如加压站、风井、压风机站、充填站等，危及矿山安全生产。(2)塌陷使得局部土层丧失隔水性，成为沟通地表水和地下水的直接通道。在塌陷高发期，矿坑涌水量上升明显，平均每天增加5000～10000m3。2011年5月凡口河发生塌陷，河水全部导入井下，瞬时涌水量超过了50000m3，比正常涌水量增加了1倍。地面水通过塌陷向地下水转化的同时，其冲刷、搬运作用一方面将塌陷扩大，增加通道的过水能力，另一方面带走了大量的泥沙，使得矿井涌水的含沙量增加，井下水仓每年沉积泥沙达9390m3。从以上分析可以看出，矿区的主要地质环境矛盾为疏干排水引发的大范围地面塌陷，而地面塌陷又导致井下涌水量和泥沙量增加，从而引发塌陷扩大或者发生新的塌陷，在周而复始的恶性循环影响下，矿区的环境地质问题越来越恶化。

2矿山地质环境综合治理方案

2．1局部治理通过对塌陷的分布规模、活动规律及成因进行研究，发现矿区的塌陷频发区主要集中在4种地方:第一种是金星岭背斜轴部和F3、F4等断层局部破碎带附近，由于下覆地层完整性差，地下水活动频繁，导致塌陷相对密集;第二种是浅部矿体附近，由于受到硫化矿体氧化影响，地下水呈酸性，导致岩溶特别发育，该地段塌陷相对密集;第三种是地下水主要径流通道，岩溶含水层原排泄方向上(金星岭至铁石岭)塌陷特别发育;第四种是河床地段及附近，岩性以松散的砂卵石为主，塌陷最容易发生。从以上塌陷密集区的特点分析，发生塌陷必须具备2个条件:地下水活动频繁和下覆地层岩溶发育。针对以上2个特点，制定如下措施:①对已经发生的塌陷和未暴露洞口的塌陷，先用块石、碎石回填，接近地表时用黏土回填，并夯实高出地面0．5m，防止周边水流向塌陷区;对暴露岩溶洞口的塌陷，先清除塌陷松散土层，然后在洞底打10～15cm厚的混凝土底板，彻底封堵基岩洞口后，分层回填;②矿区主要河床进行块石护坡，混凝土铺底加固防渗，局部取直改道，对流经塌陷区内地表水系进行截流改道。

2．2整体治理矿区水文地质条件平面特点:西部和北部为隔水层，东部和南部为含水层，是主要进水通道，西部、北部隔水层对岩溶含水层构成“┌”型的隔水边界。矿区水文地质条件在垂直面上特点:上部为10～20m的黏土层，其下为灰岩，是矿区的主要岩溶含水层，岩溶发育标高为－20～－40m，灰岩以下为隔水层。利用矿区有利的水文地质条件，横切矿区南部和东部的主要进水通道，实施帷幕注浆截流，从根本上解决矿床充水的问题，最大限度地减少矿坑排水量，消除岩溶塌陷的诱发因素。但是凡口铅锌矿地下动水强烈，且为生产矿山，要求帷幕工程施工时不能影响矿山的正常生产，而且必须有成熟的帷幕设计及施工经验。矿山地面帷幕在我国经过近30多a的实践发展，工艺技术已日趋完善，目前已完成了近40多条矿区截流帷幕，如济南张马屯铁矿帷幕长480m，堵水率达到了53%;水口山铅锌矿帷幕长560m，堵水率达到了55%;新桥硫铁矿帷幕长690m，堵水率达到了78%;大红山矿帷幕长530m，堵水率达到了60%。在借鉴以往成功经验的基础上，经过多年的现场调查，2007年8月在凡口铅锌矿进行工业试验，2009年下半年开始大规模建设，于2012年底竣工，累计完成地面帷幕轴线1560m，施工钻孔240个，注浆量18．6×104m3，耗用水泥6×104t，黏土6．5×104t，水玻璃3800t。

3综合治理效果

3．1塌陷防治效果可以看出，2006—2010年累计塌陷个数为850个，年平均塌陷170个，2011年的塌陷个数就下降到118个，2012年帷幕工程竣工，2013年矿区全年的塌陷仅为14个，说明帷幕注浆效果明显，塌陷得到了有效控制。结合矿区地下水位观测，凡口铅锌矿帷幕注浆施工后，疏干漏斗回缩到帷幕线范围内，涌水量及含泥量大幅降低，水质较清，幕外水位基本恢复到疏干前的状态，雨、旱季涌水量和地下水位相对稳定，有效地消除了地面塌陷产生和活动的因素，进而从根本上解决地质环境恢复治理的难题。

3．2矿区地下水资源保护1997—2007年凡口铅锌矿－40m截流巷道(矿区的主要疏干巷道)平均排水量为928×104m3/a。2012年底矿区地面帷幕工程竣工后，－40m截流巷的水量明显减少，现在排水量约为7801m3/d，地下水涌水量减少70%，估计年平均减少在66%以上，每年减少排水量612．5×104m3。同时按照矿区的实测涌水含水率的平均值反算，每年减少地下水冲刷搬运泥沙量6490m3，所以该技术从根本上解决了因疏干地下水导致水位下降和地面沉降等问题，同时为保护区域地下水资源起到积极作用。

4矿坑水资源综合利用

地下水是一种量大、质优的水资源，但由于采矿活动使得区域的地下水资源受到了污染和破坏，极大的浪费了水资源。对矿坑水资源充分利用，一方面可以减少排水及矿坑排水对地表、地下水的污染，另一方面可以减少生产对地表水的需求。结合矿山实际情况对矿区的矿坑涌水进行综合利用。0m中段水质清澈，流量稳定，约3000m3/d，在井下沉淀后用于生产;－160m中段有一裂隙水，水质清澈，流量稳定，约800m3/d，直接用于井下生产;帷幕施工完后，拟对－40m中段地下水管路进行改造，约2000m3/d地下水用于生产，井下生产全部利用地下水。

5结论

凡口铅锌矿因地下水疏干引发地面塌陷等地质灾害，长期以来投入大量的人力、物力恢复治理地质环境。2007年开始采用以帷幕注浆为主的技术方法，从根本上解决了地面塌陷等地质环境问题，同时对矿坑涌水进行统筹安排、综合利用，进一步节约了水资源，取得了显著的社会效益和经济效益，值得同类矿山借鉴。

作者：熊万胜单位：深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿