矿山溜井涌水处理方案设计研究_杨力伟.pdf

矿山溜井涌水处理方案设计研究杨力伟，陈戈（安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，安徽 蚌埠）摘 要：池州某矿山输送石料溜井井壁有水涌出，影响了矿山正常生产，综合研究后，设计采用排水廊道与疏水井对接的形式，使溜井中涌水通过疏水排出，对溜井中涌水导排进行设计，编制该方案。关键词：溜井涌水处理；涌水导排中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）项目概况项目位于池州殷汇镇神山村长九灰岩矿，该项目溜井建设过程中，在井壁发现两处涌水点（涌水点高程分别为 和）。溜井作为矿石运输的重要通道，井壁长期涌水，可引发篷矿或跑矿现象，甚至发生井下泥石流等灾害。为防止溜井后期涌水影响神山灰岩矿正常生产，保障矿山生产安全，需对涌水情况进行治理，在收集已有地质、建设工程资料和野外踏勘的基础上，编制方案。工作方法简述 资料收集资料收集主要分为两方面：一是区域地质资料，二是溜井工程的勘察资料。初步踏勘溜井勘探深度，实际深度，直径，井壁面积为，井口采用钢筋混凝土浇筑，井壁采用素喷混凝土护壁。溜井自上而下均为泥晶灰岩，薄层、中厚层状，青灰色、灰色、肉红色，节理、裂隙发育程度为 条，节理、裂隙面见溶蚀现象和红色氧化铁侵染，见 高溶洞，溶洞漏水现象严重。透水率，为。野外调查开展 专项环境地质调查，初步查明项目区的水、工、环地质条件，初步查明涌水点的位置、出露情况，并对勘察资料进行验证。初步分析 涌水情况涌水点 为溜井主要涌水点，位于溜井高程 溶洞位置（距井口深度约），在溜井西侧部位出露，初期溶洞内含有大量淤泥。溶洞出露尺寸高度约，宽度约，深度约，该溶洞与山体地表连通，当外界有雨水等地表积水时，水流通过溶洞顶部直径约 的孔洞直接喷出，喷出速度、流量与地表积水程度有关（外界小雨时，涌水量粗测 ）；无地表积水时，该溶洞无直接涌水流出。前期该涌水点对溜井扩挖影响较大，对该涌水点进行了临时处理，在溶洞内涌水点外部浇筑了一个高约、厚 的混凝土挡墙，形成一个临时集水池；在混凝土挡墙上部预埋排水管，使橡胶引水管与预埋排水管连接，将溶洞涌水引排至下部储矿仓底部，并从出渣巷道排出。涌水点 位于溜井高程（距井口深度约），在溜井东南方向出露，为独立的涌水孔，孔洞直径约，前期测算流量 。特征分析溜井 号所在矿区褶皱、断层构造复杂，导致该地区地层挤压、拉伸严重，形成大量的节理裂隙，根据节理走向如图 玫瑰图，矿区节理走向范围为，主要节理走向为，发育 条，沿主要节理岩溶发育，形成各种地下水径流通道，大气降水入渗后，地下水通过这些如毛细血管似的通道进入主要节理，形成的大岩溶通道（该通道岩溶发育，发育有宽超过、延伸长度大于 的溶洞，大溶洞周边还有小溶洞），这些通道既是导水通道，又是储水通道。图 矿区节理走向玫瑰图DOI:10.13487/ki.imce.022903 涌水点 位于高度约、宽度约 的溶洞内，降雨时水量大，无雨时无水，涌水速度、流量与大气降水时间、水量基本一致。初步分析，该岩溶降水来源为大气降水；大气降水入渗后，受地形和节理裂隙影响，地下水通过溶洞上部和两侧如毛细血管似的岩溶、裂隙通道，自高处将地下水导入溶洞，沿溶洞涌入溜井，具体表现为“外面下小雨，里面下大雨，外面下大雨里面下暴雨”；该溶洞较大，可快速将该高程以上的岩溶水导入溜井，所以踏勘时未发现有涌水。而该点与下部平硐是否有水力联系，需调查和观测。涌水点 从 高的溶孔中涌水，踏勘时发现一直在向外涌水，涌水量约 。初步判断该岩溶降水来源为大气降水；该地段涌水溶孔小，无法快速将该高程以上降水快速排走，所以挖开该溶孔后一直未能疏干；根据访问结果，该孔一直向外排水，水量随着降水的变化，缓慢发生变化，推测该孔表面上小，但其上游存在大的岩溶储水和导水通道。溜井下部的平硐已开挖，若该溶孔与下部平硐有水力联系，则该溶孔水已排完，据此推测该溶孔与下部平硐无水力联系。其与上部岩溶水力联系需调查和观测。航空测量本次利用航空测量对工作区进行 的地形测量，为物探勘查、地质钻探点位确定，引水孔施工方法提供数据支撑。物探勘查通过瞬变电磁探测和地震反射探测两种方法，划分出物探异常区，查明异常区的厚度和变化趋势，圈定的异常区分布范围，为地质钻探、引水孔施工提供依据，测线布置如图 所示。图 瞬变电磁及地震探测测线布置平面图 地质钻探在物探勘查的基础上，结合测绘结果确定疏水井位置，在溜井平台施工疏水井作为疏水通道，即采用定向钻探技术，将探明的溶洞与下部构筑物相连，将溶洞内地下水疏排至下部。排水廊道施工在溶洞内部开孔钻进预埋炸药碎石清理，按此步骤重复，直到连通疏水井，将廊道碎石开挖清理完毕；在排水廊道与疏水井管连接处进行滤网设置；涌水点溶洞位置向内侧修筑挡墙，挡墙尺寸以封死排水廊道溜井一侧为准，向挡墙和溜井井壁之间素喷混凝土，将溶洞上部延伸岩溶通道和之前施工的引水孔一并用混凝土充填；排水廊道贯通后需要在廊道顶板处施工引水孔，向上纵深约，呈约 倾角，设计将降雨径流而下的水引到廊道内，便于后期疏水。具体方法为了能解决 溜井涌水问题，本次设计导排方案，不仅要考虑将溶洞与疏水井连通，还要对溶洞溜井一侧进行封堵，使涌水全部通过排水通道进入疏水井。在 溜井平台安装专业、安全的吊装设备，将施工人员运送至施工点位，根据疏水井孔斜数据计算排水廊道的准确开挖方位角，然后利用测绘在溜井壁引出开挖方向，在溶洞内部进行开挖，在距洞口处开凿一定的坡度约，坡长约，随后沿设计 倾角向疏水井方向前进，遇到疏水井管后，将井管开口，安装铁丝滤网，防止堵塞，使溶洞与疏水孔连通，然后溜井溶洞洞口向里 处，修筑挡墙，使用混凝土将溜井壁到溶洞之间封死。上述方案在 号涌水点和 号涌水点同样适用。但鉴于 号涌水点溶洞规模较大，溶洞内部还有延伸的通道，上述排水廊道施工方案的基础上，增设一条沿溶洞向上的通道内与第一条廊道平行的排水廊道，与疏水井连通。根据之前施工人员进洞探查的结果，溶洞通道有一个向上的角度延伸，人力向上前进的最大距离约，所以施工地点需根据溶洞内地形条件决定，必要时需要人工找平底板，以方便施工，设计向上约。两道排水廊道贯通后还需要在廊道顶板处施工引水孔，设计将降雨径流而下的水引到廊道内，上下平行的两个排水廊道相辅相成，保证上部的水不会再往下排泄。测绘工作本次排水廊道与疏水井对接精度要求较高，需根据排水廊道的方位角现场定位，首先在溜井平台上根据计算的方位角度绘出排水廊道走向，通过铅锤线将廊道走向引向溶洞位置。排水廊道施工 号涌水点廊道布置 号排水廊道从溜井井壁到疏水井水平距离.，向 疏水井方向的方位角，向疏水井方向倾角，排水廊道宽、高、长。与之平行的第二条廊道，沿溶洞向上的延伸方向约 的位置施工，并与疏水井贯通。号涌水点廊道布置 号排水廊道从溜井井壁到疏水井水平距离.，向 疏水井方向的方位角，向疏水井方向倾角，排水廊道宽、高、长。施工前准备和施工方法为防止疏水井管在爆破过程中受到余震的震动和挤压，发生井管松动或者被炸断的情况，影响后期使用，在施工前将井管顶部（位于溜井作业平台）用混凝土和钢板进行加固和防脱处理。在廊道施工过程中不可控情况导致疏水井井壁被破坏，可能会出现碎石残渣滚落至疏水井内，为了确保碎石残渣不会填堵疏水井和后期疏水井的正常使用，本次排水廊道施工前，设计用钢丝绳吊坠贴合管壁的密实布兜至廊道与疏水井连通处，布兜分别垂吊至疏水井设计标高约 和，疏水井标高 的位置，连通后人工清理布兜内碎石，将设备清理、撤离，如图 所示。图 吊挂布兜示意图具体施工：首先在溶洞内部开 小孔，向内钻进，预埋炸药，炸完后，清理碎石，依次向内钻进，预埋炸药，按此步骤重复。爆破处理长度越临近设计溜井与疏水井水平距离，预埋炸药当量越来越小，每次向内扩孔钻进。布设炮眼时，随时观察炮眼是否接近疏水井，同时校验孔的角度，保证钻孔不偏移。距离疏水井较近具备人工开挖条件，实施人工开凿，防止和减轻疏水井井管被破坏，直到连通疏水井，最后将廊道碎石开挖清理完毕。开孔连接处在排水廊道与疏水井管连接处，将井管开口，开口尺寸，并在距疏水井 的地方设置三道不同密度的铁丝滤网，依次设置密度 、的铁丝滤网，逐级阻隔碎石，防止进水口堵塞。溜井一侧封堵布置在 号涌水点溶洞位置向内 处修筑挡墙，挡墙尺寸以封死排水廊道溜井一侧为准，向挡墙和溜井井壁之间素喷混凝土，将溶洞上部延伸岩溶通道和之前施工的引水孔一并用混凝土充填。混凝土设计成单级平底型，标号，配合比按照实验室试配结果确定，另加水泥质量 的混凝土早强减水剂。在 号涌水点排水廊道向内 处修筑挡墙，挡墙尺寸以封死排水廊道溜井一侧为准，向挡墙和溜井井壁之间素喷混凝土。引水孔施工排水廊道贯通后还需要在廊道顶板处施工引水孔，向上纵深约，呈约 倾角，设计将降雨径流而下的水引到廊道内，便于后期疏水。通过测井数据计算疏水井孔底坐标，在出渣巷道与疏水井孔底施工引水孔，将疏水井内的积水排出，具体设计如图 所示。连通试验在封堵前，对排水廊道进行灌水试验，若向廊道中灌水全部漏失，说明连通效果完好，最后进行溶洞封堵。图 涌水处理工程设计图 结论 通过收集矿区以往资料，结合本次踏勘结果，对溜井涌水特点有了新的认识。通过分析溜井涌水情况，结合已完成工程实际，本方案确定了导排涌水、对接疏水井为处理溜井涌水的主要思路。参考文献：付康国矿井建设中治理钻孔涌水的主要技术探析华东科技（综合），（）：林少忠某高速公路越岭隧道掌子面涌水原因分析及评价建议工程技术研究，（）：高宇，韦国建，范峥万家口子水电站排水洞高流速涌水封堵技术红水河，（）：作者简介：杨力伟（），男，安徽蚌埠人，本科，从事水文地质、工程地质、环境地质工作。