湖域矿床规模化开采的水害防治分析.pdf

1 4 铜 业 工 程 2 o o 9 N o l 文章编号 1 0 0 9 3 8 4 2 2 0 0 9 0 1 0 0 1 4 0 3 湖域矿床规模化开采的水害防治分析米 周子龙 ，李夕兵 ， 范小雄。 ， 单新民。 。 黄良金 1 ． 江西铜业集团公 司博士后科研 工作站 ， 江西 贵溪3 3 5 4 2 4 ； 2 ． 中南大学 资源与安全工程学院， 湖南 长沙4 1 0 0 8 3 ； 3 ． 江西铜业集团公 司城 门山铜矿 ， 江西 九江3 3 2 1 1 4 摘要 在分析湖泊形成过程的基础上 ， 将湖域矿床的水文地质特征归为4类 管道涌水类、 岩溶滞水类、 渗流 含水类和无水类。在对湖域矿床规模化开采中可能遇到的地表水倒灌、 地下突水、 地面塌陷、 大面积滑坡与泥石流 等水害进行分析的基础上， 探讨了湖域矿床开采 中的水害防治要点。 关键词 湖域矿床 ； 水害形式 ； 水害防治 中图分类号 T D 7 4 l 文献标识码 A 1 引言 我 国是一个湖泊众多 的国家 ， 大小湖泊共有 2 万多个， 其中面积在 1 k m 以上的天然湖泊达 2 8 0 0 多个， 总面积约9 万 k m 2 【 。全世界范围看， 湖泊总 面积更是多达 2 0 0多万 k m L 2 】 。在这些湖泊底下和 周围， 埋藏着无数的珍贵矿藏。在全球资源形势 日 渐紧张的今天， 这些湖域矿产成 了世界各国矿业集 团争相开发的宝藏。然而， 由于湖域矿床复杂的水 文地质条件 ， 这类矿山目前只处于探索性试采阶段 ， 尚未大规模开发。 以城门山铜矿为例， 该矿三面环湖， 近邻长江， 地表水 和地下水分布十分复杂。矿区 自2 0世纪 5 0 年代规划建设以来， 几经论证， 但生产规模一直不到 初期规划的 1 ／ 2 。水害问题一直是矿区规模化开采 的绊脚石 ， 在国家科技部 、 有色总公司和江西铜业集 团公司的大力支持下， 城门山铜矿曾联合南昌设计 研究院、 长沙矿山研究院、 德国勘查公司及 中南大学 等科研院校进行多次科研攻关， 先后采用地质钻孔、 深井疏干、 声波反射、 地球物理探测等方法对矿区的 水文地质进行大范围勘查 J ， 并进行采矿技术论 证， 矿区规模化开采 日 渐提上日 程。万事开头难， 湖 域矿床规模化开采必然会遇到许多传统陆地矿床开 采所未遇到的难题， 湖域矿床有着怎样的水文地质 特征 、 如何形成灾害及如何 防治都是矿区正在或即 将面临的重大问题。 本文从介绍湖泊形成机理人手， 分析了湖域矿 床的水文地质特征， 预测了其开采过程中可能遇到 的水害形式 ， 并对这些水害的特殊性 与防治要点进 行了探讨 ， 希望能对湖域矿床开采中水害防治技术 的研究和发展起到抛砖引玉的作用。 2 湖域矿床的水文地质特征 矿床水文地质是影 响矿床开采方法 、 投产规模 与生产安全的重要因素， 在湖域矿床开发中尤显重 要。要了解一个湖域矿床 的水文地质情况， 首先就 必须对湖泊的形成和类型有一定的了解和把握 。 通常，湖泊是指存在于陆地上低洼地区、存储 着大量不与海洋发生直接水力联系 的一种 内陆水 体。按其形成 机理的不 同，可分为不 同种类 的湖 泊。有的是因为大型构造运动 、地壳断陷 、海陆变 换而产生，称之为构造湖；有的因为火山喷发的漏 斗状堆积物积水而成，称之为火口湖；有的因为河 收稿 日期 2 0 0 8一l l 一1 2 来基 金项 目 中国博士后基金 2 o 0 8 o 4 3 1 0 3 2 ； 江西省科技 支撑计划项 目 作者简介 周子龙 1 9 7 9 一 ， 男， 河南南阳人， 博士后， 主要从事岩土工程灾害与防治研究， 发表论文 3 O 余篇， S C I 、 E 1 收录2 0 余篇， 曾获国 家科技进步二等奖 l 项、 省部级科技奖励 2 项。 2 0 0 9 N o l 周子龙， 李夕兵， 范小雄， 单新民， 黄良金 湖域矿床规模化开采的水害防治分析 1 5 道变迁、局部隔断而成，称之为河成湖；有的因为 原有水系被堵而成 ，称之为堰塞湖 ；有的因为地下 岩溶塌陷而成 ，称之为岩溶湖；有的则是冰川搬移 作用而成，称之为冰川湖。除此之外还有人工湖、 风成湖等。 不同类型的湖泊 ， 成因不同， 其水文地质特征各 有差异 ， 主要有以下几类 1 管道涌水类。这类水文地质特征主要存在 构造湖、 岩溶湖所在的湖域矿床。由于地质断层 、 大 范围岩溶带的存在， 湖域地表和地下水可与远场 的 江海水体相联系。矿区地下水分布往往极不均匀 ， 在暗河和岩溶通道存在的地方， 涌水量极大， 而其它 地方岩层渗水性较差。这类水文地质类型的地上表 现特征是 矿区地表溶蚀洼地 、 塌陷漏斗发育 ； 湖水 随季节 、 降雨变化 明显， 容易暴涨暴落 ； 矿坑涌水量 随降雨变化明显 ， 雨后增幅可达数十倍甚至数千倍 。 2 岩溶滞水类 。这类水文地质特征主要存在 岩溶湖所在的湖域矿床。在这类矿区， 岩溶比较发 育 ， 具有较大的网状分布范围， 但各岩溶空洞问的连 通性又受到非岩溶物的阻塞 ， 岩溶水还不至于形成 管道流动。溶洞处于一种充填 和半充填状态 ， 地下 水在宏观上呈分散流形态 ， 抽水时可形成地下水位 降落漏斗。地上表现特征为湖域水面稳定性较好 ， 矿坑涌水也比较稳定， 但在湖区地表会发现岩溶塌 陷坑或地表不均匀塌陷。 3 渗流含水类。这类水文地质特征主要存在 河成湖、 堰塞湖所处的湖域矿床。矿区地层多为渗 透性比较好的沉积岩或河床沉积层 。地下水基本为 渗流性质， 具有分散流特征， 水量和流速 比较稳定 。 4 无水类。这类水文地质特征相对简单 ， 湖 泊水基本是一个不与周围介质发生物质交换 的独立 体。湖域分布致密岩石或渗透性较差的土层 ， 矿区 开采可不予考虑水害影响， 只需要作好地表水 的围 堵， 其它工艺技术与传统陆地矿开采相同。同时， 由 于湖体缺乏补给水来源， 矿 区的开采可能成为导致 湖区消失的直接原因。 3 湖域矿床开采的水害表现形式 1 地表湖水倒灌。湖域矿床通常被湖水多面 包围， 湖底为淤泥和沉积岩成份， 强度极差。当露天 或地下工作面靠近湖体时， 不当施工使湖水与工作面 连通或未考虑湖水的季节涨落， 都可能导致湖水倒灌 进入地下巷道或露天坑。当湖区与河流和海洋存在 水力联系时， 湖水倒灌的机率和强度将大大增加。 2 工作面突水。突水指由于某种原 因， 地下 工作面与水体间的岩土隔离层发生局部导通， 出现 突然涌水现象。它需要具备地下软弱通道和水源两 大诱发因素， 水源可以是溶洞水、 远场地下水或地表 水。对湖域矿床， 如果矿区岩溶比较发育或工作面 与湖体隔离带宽度设计不当， 都可能引起大量地下 突水。从现有大水矿 山的突水事故来看 ， 地下突水 具有溃人速度快、 流量大、 死亡率高等特点 ’ 。广 西南丹突水 、 唐山范各庄矿突水 、 湖南红旗煤矿、 山 东高阳铁矿等矿区突水都是典型的实例， 除大量设 备冲毁外， 还造成数十人的伤亡。 3 地面塌陷。湖域矿床地下水文条件极其复 杂， 岩溶水与地下水并存， 矿 体开采过程 中， 必然要 对工作面的渗水和涌水进行及时抽排。这就必然导 致岩溶体 的塌陷和地下水位的下降， 从而导致地表 局部塌陷或整体沉陷， 影响人员、 设备、 交通、 田林的 安全。事实上 ， 许多矿山都曾遭遇过地下水过度抽 排所引起地面塌陷问题 ， 如水 口山矿、 凡 口矿、 安庆 铜矿等。对湖域矿床 ， 水文情况复杂得多 ， 如果防治 水措施不力， 这类灾害将更加严重。 4 大面积滑坡。在湖域矿床开采过程中， 随 着地下水体平衡被打破， 地下水动压和渗流速度 大 大增加， 岩土介质的粘结力大幅下降， 原本稳定的坡 体可能在瞬间产生滑动。特别是采用露天方式进行 湖域矿床开采时， 如果岩土渗水性很强， 大面积滑坡 将不可避免。 5 泥石流。伴随地表水倒灌 、 地下突水和大 面积滑坡 ， 小块泥石体将与水流一起涌向工作面， 形 成泥石流， 掩埋工作面的设备与人员。国内高峰锡 矿、 三山岛金矿都曾发生过泥石流涌入矿井事故 ， 事 发后的灾后重建极其困难。湖域有大量水源和流质 湖泥的存在， 更易发生泥石流 ， 设计和生产过程中必 须十分注意。 4 湖域矿床规模化开采的水害防治 虽然湖域矿床规模化开采将面临许多前所未有 的难题， 甚至是致命的灾害， 但并不是不能开采。正 如 2 0世纪 7 O年代面对城门山铜矿的复杂水文条件 时一样 ， 有色总公司在组织大量科研与专家论证的 基础上 ， 一致认为 采取有效的防治水措施 ， 城 门山 本文共4页，欲获取全文，请点击链接 击文章题目下面的“下载全文”按钮下载全文，您也可以登录维普官网（）搜索更多相关论文。