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摘要:本文通过介绍几种较为可行的矿山地下水防治措施,论述现代社会存在的新方法、新科技、新手段。希望通过本文的论述能够给其他矿山地下水防治工程提供一些参考。
关键词:矿山;地下水;防治;措施
一、矿山地下水灾害的主要表现形式
矿山地下水灾害的表现形式主要有以下几种:
(一)矿井突水。矿井突水是因井巷、工作面与含水层溶洞、溶穴、陷落柱、构造破碎带等接近或沟通而突然产生的出水事故。矿井在掘进或工作面回采过程中,破坏了岩层天然平衡,周围水体在静水压力和矿山压力作用下,通过断层、隔水层和岩层的薄弱处进入采掘工作面,形成矿井突水。矿井突水这一现象的发生与发展有一个逐渐变化的过程,有的表现很快一、二天,有的表现较慢采掘后半个月或数日,这与工作面具体位置、采场地质情况、水压力、矿井压力大小有关。在采矿过程中,由于地下水大量涌入矿山坑道,往往使施工复杂化和采矿成本增高,严重时甚至威胁矿山工程和人身安全。由于其发生突然和出水量大的特点常常影响生产或淹井,而且突水后还要负担巨大排水费用,采矿和矿井安全都受到严重威胁,有时候甚至会造成直接的矿区报废,不能继续开采,给经济和资源利用方面造成严重的损失。
(二)地面塌陷。岩溶矿床疏干排水后,地表往往产生塌陷,煤炭、金属、化工及核工业等矿山都存在这样的例单个塌陷的空间体积最大达5万m3,塌陷影响范围大者可达数十平方公里;塌陷点数量一般在数百个以上,多者可达数千个。塌陷对矿山建设及周围环境的危害极大,塌陷发展到水域区,会增加矿井地下水的补给,影响采矿作业正常、安全进行;塌陷还会造成大面积范围内的工民用建筑、交通、农田、水利设施和区域环境破坏,并呈日趋严重之势。水口山铅锌矿、凡口矿、铜录山矿、安庆铜矿、新桥硫铁矿大广山铁矿等均遭受过塌陷之苦。
(三)破坏水资源。疏干排水为矿山主要防治水手段时,矿坑即成为所处地下水单元的最低排泄区,从而改变了天然地下水流场,不仅补给区的地下水不断补给矿坑,而且排泄区的地下水或地表水又反向补给矿坑。同时,通过地下水分水岭外移及地面塌陷等又产生新的补给源,当矿坑排水量大于地下水单元的补给量时,矿区地下水流场平衡关系即被打破,导致地下水位不断下降,甚至水资源枯竭(停采后也很难恢复)。其后果是地貌景观改变,泉、河断流,矿区工农业生活用水得不到保证。如济南铁矿疏干奥灰水,曾使泉城的趵突泉断流;王凤煤矿对奥灰水进行大口径群孔抽水,造成矿区缺水,居民用水十分紧张。
(四)井下泥石流。矿床疏干或巷道揭露破碎带时,常伴有泥砂随水涌入矿井,发生泥石流事故,它不仅摧毁设备甚至可能造成人身事故。如煤炭坝矿多次发生泥砂冲溃现象,最大一次泥砂量达8000m3;高峰锡矿、三山岛金矿也因巷道直接揭露断裂破碎带而发生流砂溃入矿井事故。大水孔隙矿床也易发生流砂冲溃,如姑山铁矿在一次突水管涌以后,曾产生流量达300m3/h的泥石流。
(五)其它水害形式。
1、滑坡。露天采矿时,由于流砂、淤泥层、断裂等软弱结构面的存在,在地下水渗流潜蚀作用下,易导致边坡不稳,产生滑坡。如姑山铁矿、石录铜矿均发生过滑坡事故。
2、片帮、崩落。巷道、采场遇含水的松散岩体或有软弱结构面的岩体时,在地下水的动水压力作用下,巷道侧帮、顶板易发生片帮、崩落事故。
3、海水入侵。海边采矿时,在含水构造的导通下,易发生海水入侵现象,从而破坏水源地。如三山岛金矿总涌水量中,海水即占60%以上。其它如酸水、热水涌入矿井导致的水害,也应引起高度重视。
二、矿山地下水害的防治措施
由于矿山地下水害已经给人们的生产生活造成了极大的损失,所以近年来相关科研人员致力于提供更良好的防治措施、提供更有效的疏导办法等。近年来越来越多的新技术新方法出现,已经让矿山地下水害的防治工作有了突破性进展。
(一)疏干技术控制:这项技术是在能够保证矿山正常施工的情况下,将不排、少排、晚排地下水,因为地下水的排出会造成地下水压力变化、地下水位变化、土壤含水量变化等一些列危险变化,这些变化相互作用时,极易造成突水淹井、地表塌陷等问题。所以通过对疏干技术的控制,进行降压疏干、控制疏干等可以有效降低水害对矿井的危害。
(二)抛碴注浆治理淹井技术:此项技术适用于已经发生突水淹井危害的矿井,通过在矿井底部抛入石块并且注浆进行隔离,使矿井与水源隔离开,然后对矿井内的水进行排出处理。对于水平矿井可采用钻孔后抛渣注浆的方法来实现矿井与水源隔离的目的。进而恢复矿井的施工和开挖工程。
(三)深井高压涌水注浆技术:由于矿井深度较大,一般水压会超过浅井几倍,这是往往常用的注浆技术难以取得很好的效果。此时,通过诱导钻孔方式先进行泄压,然后在钻孔处再进行高压灌浆进行封堵,可以很好的实现深井中出现的水害问题。
(四)帷幕注浆截流技术:对于大型矿山、大产量矿山等,可采用此项技术,因为此项技术的投资较高,另外封堵率较低、针对性不强等缺点造成此项技术在现在的矿山建筑事业中无法取得立足之地。
(五)井下顶板帷幕注浆技术:此项技术是对帷幕注浆截流技术的改进和增强,通过相关技术材料和相关技术指标的改进,能有效的节约在施工过程中的资金问题。让更多中小型矿业有能力引进这项技术,来治理涌入水量较大的矿井。当然此项技术也存在着诸多问题。例如,施工相关人员素质要求高,施工相关机械造价高、施工相关技术重点难点多等问题。
(六)地面塌陷防治技术:地面塌陷问题是疏干过后,矿山地面极易出现的地质情况。然而对于地面塌陷的防治技术一直以来没有一个比较良好的手段。对于有能力的矿山企业,可以在采用帷幕灌浆技术的同时,充分回填废石、废渣来控制地面的塌陷,但是对于相对中小型企业,难以负担这些费用。对于不能采用帷幕灌浆法的矿井,要在进行水害防治的过程中通过控制各方面技术来达到预防地面塌陷的目的。例如,控制水流速度、优化开采设计方案等方法。
(七)井下泥石流防治技术:在矿井这种狭小空间内,如果突然发生泥石流,极易出现重大事故。所以对井下泥石流防治,也是矿山地下水害治理的重要部分。对于泥石流防治,主要采用预判预施工法和工程治理法。
三、矿山地下水害防治方式的选择要点
上文叙述了矿山地下水害的主要表现形式以及部分比较有代表性的矿山地下水害防治技术。对于部分矿山来说如何选择更好的技术来治理矿山地下水害,下文将进行要点分析。
首先,相关工作人员应该根据矿山规模进行选择。矿山地下水害的治理技术不是所有矿山都适用,部分矿山由于矿井生产能力有限,无法负担高昂的防治费用,那么就有些本末倒置了。
其次,相关工作人员应该根据地域不同来选择适合的地下水害防治措施。对于某些地域,地下水来源比较少,但是地下水储量较为稳定。
再次,相关工作人员应该根据地下水害类型来选择防治措施。当然对于某些所有矿山矿井都共有的水害形式,可不在此项考虑。
总之,在矿山地下水害的防治过程中,优秀的防治方式是必要的。但是,在对于水害分析上,相关工作人员应该多下功夫,因地制宜、因矿制宜、因果制宜,才是正确选择矿山矿井地下水害防治措施的方法。
关键词:矿山;地下水;防治;措施
一、矿山地下水灾害的主要表现形式
矿山地下水灾害的表现形式主要有以下几种:
(一)矿井突水。矿井突水是因井巷、工作面与含水层溶洞、溶穴、陷落柱、构造破碎带等接近或沟通而突然产生的出水事故。矿井在掘进或工作面回采过程中,破坏了岩层天然平衡,周围水体在静水压力和矿山压力作用下,通过断层、隔水层和岩层的薄弱处进入采掘工作面,形成矿井突水。矿井突水这一现象的发生与发展有一个逐渐变化的过程,有的表现很快一、二天,有的表现较慢采掘后半个月或数日,这与工作面具体位置、采场地质情况、水压力、矿井压力大小有关。在采矿过程中,由于地下水大量涌入矿山坑道,往往使施工复杂化和采矿成本增高,严重时甚至威胁矿山工程和人身安全。由于其发生突然和出水量大的特点常常影响生产或淹井,而且突水后还要负担巨大排水费用,采矿和矿井安全都受到严重威胁,有时候甚至会造成直接的矿区报废,不能继续开采,给经济和资源利用方面造成严重的损失。
(二)地面塌陷。岩溶矿床疏干排水后,地表往往产生塌陷,煤炭、金属、化工及核工业等矿山都存在这样的例单个塌陷的空间体积最大达5万m3,塌陷影响范围大者可达数十平方公里;塌陷点数量一般在数百个以上,多者可达数千个。塌陷对矿山建设及周围环境的危害极大,塌陷发展到水域区,会增加矿井地下水的补给,影响采矿作业正常、安全进行;塌陷还会造成大面积范围内的工民用建筑、交通、农田、水利设施和区域环境破坏,并呈日趋严重之势。水口山铅锌矿、凡口矿、铜录山矿、安庆铜矿、新桥硫铁矿大广山铁矿等均遭受过塌陷之苦。
(三)破坏水资源。疏干排水为矿山主要防治水手段时,矿坑即成为所处地下水单元的最低排泄区,从而改变了天然地下水流场,不仅补给区的地下水不断补给矿坑,而且排泄区的地下水或地表水又反向补给矿坑。同时,通过地下水分水岭外移及地面塌陷等又产生新的补给源,当矿坑排水量大于地下水单元的补给量时,矿区地下水流场平衡关系即被打破,导致地下水位不断下降,甚至水资源枯竭(停采后也很难恢复)。其后果是地貌景观改变,泉、河断流,矿区工农业生活用水得不到保证。如济南铁矿疏干奥灰水,曾使泉城的趵突泉断流;王凤煤矿对奥灰水进行大口径群孔抽水,造成矿区缺水,居民用水十分紧张。
(四)井下泥石流。矿床疏干或巷道揭露破碎带时,常伴有泥砂随水涌入矿井,发生泥石流事故,它不仅摧毁设备甚至可能造成人身事故。如煤炭坝矿多次发生泥砂冲溃现象,最大一次泥砂量达8000m3;高峰锡矿、三山岛金矿也因巷道直接揭露断裂破碎带而发生流砂溃入矿井事故。大水孔隙矿床也易发生流砂冲溃,如姑山铁矿在一次突水管涌以后,曾产生流量达300m3/h的泥石流。
(五)其它水害形式。
1、滑坡。露天采矿时,由于流砂、淤泥层、断裂等软弱结构面的存在,在地下水渗流潜蚀作用下,易导致边坡不稳,产生滑坡。如姑山铁矿、石录铜矿均发生过滑坡事故。
2、片帮、崩落。巷道、采场遇含水的松散岩体或有软弱结构面的岩体时,在地下水的动水压力作用下,巷道侧帮、顶板易发生片帮、崩落事故。
3、海水入侵。海边采矿时,在含水构造的导通下,易发生海水入侵现象,从而破坏水源地。如三山岛金矿总涌水量中,海水即占60%以上。其它如酸水、热水涌入矿井导致的水害,也应引起高度重视。
二、矿山地下水害的防治措施
由于矿山地下水害已经给人们的生产生活造成了极大的损失,所以近年来相关科研人员致力于提供更良好的防治措施、提供更有效的疏导办法等。近年来越来越多的新技术新方法出现,已经让矿山地下水害的防治工作有了突破性进展。
(一)疏干技术控制:这项技术是在能够保证矿山正常施工的情况下,将不排、少排、晚排地下水,因为地下水的排出会造成地下水压力变化、地下水位变化、土壤含水量变化等一些列危险变化,这些变化相互作用时,极易造成突水淹井、地表塌陷等问题。所以通过对疏干技术的控制,进行降压疏干、控制疏干等可以有效降低水害对矿井的危害。
(二)抛碴注浆治理淹井技术:此项技术适用于已经发生突水淹井危害的矿井,通过在矿井底部抛入石块并且注浆进行隔离,使矿井与水源隔离开,然后对矿井内的水进行排出处理。对于水平矿井可采用钻孔后抛渣注浆的方法来实现矿井与水源隔离的目的。进而恢复矿井的施工和开挖工程。
(三)深井高压涌水注浆技术:由于矿井深度较大,一般水压会超过浅井几倍,这是往往常用的注浆技术难以取得很好的效果。此时,通过诱导钻孔方式先进行泄压,然后在钻孔处再进行高压灌浆进行封堵,可以很好的实现深井中出现的水害问题。
(四)帷幕注浆截流技术:对于大型矿山、大产量矿山等,可采用此项技术,因为此项技术的投资较高,另外封堵率较低、针对性不强等缺点造成此项技术在现在的矿山建筑事业中无法取得立足之地。
(五)井下顶板帷幕注浆技术:此项技术是对帷幕注浆截流技术的改进和增强,通过相关技术材料和相关技术指标的改进,能有效的节约在施工过程中的资金问题。让更多中小型矿业有能力引进这项技术,来治理涌入水量较大的矿井。当然此项技术也存在着诸多问题。例如,施工相关人员素质要求高,施工相关机械造价高、施工相关技术重点难点多等问题。
(六)地面塌陷防治技术:地面塌陷问题是疏干过后,矿山地面极易出现的地质情况。然而对于地面塌陷的防治技术一直以来没有一个比较良好的手段。对于有能力的矿山企业,可以在采用帷幕灌浆技术的同时,充分回填废石、废渣来控制地面的塌陷,但是对于相对中小型企业,难以负担这些费用。对于不能采用帷幕灌浆法的矿井,要在进行水害防治的过程中通过控制各方面技术来达到预防地面塌陷的目的。例如,控制水流速度、优化开采设计方案等方法。
(七)井下泥石流防治技术:在矿井这种狭小空间内,如果突然发生泥石流,极易出现重大事故。所以对井下泥石流防治,也是矿山地下水害治理的重要部分。对于泥石流防治,主要采用预判预施工法和工程治理法。
三、矿山地下水害防治方式的选择要点
上文叙述了矿山地下水害的主要表现形式以及部分比较有代表性的矿山地下水害防治技术。对于部分矿山来说如何选择更好的技术来治理矿山地下水害,下文将进行要点分析。
首先,相关工作人员应该根据矿山规模进行选择。矿山地下水害的治理技术不是所有矿山都适用,部分矿山由于矿井生产能力有限,无法负担高昂的防治费用,那么就有些本末倒置了。
其次,相关工作人员应该根据地域不同来选择适合的地下水害防治措施。对于某些地域,地下水来源比较少,但是地下水储量较为稳定。
再次,相关工作人员应该根据地下水害类型来选择防治措施。当然对于某些所有矿山矿井都共有的水害形式,可不在此项考虑。
总之,在矿山地下水害的防治过程中,优秀的防治方式是必要的。但是,在对于水害分析上,相关工作人员应该多下功夫,因地制宜、因矿制宜、因果制宜,才是正确选择矿山矿井地下水害防治措施的方法。