[科普中国]-大水矿床开采

简介

地下开采的矿床一般都有不同程度的涌水量，当涌水量大到需要在开采前进行治理才能开采时，则称为大水矿床。大水矿床通常是赋存于含水岩系中或含水溶洞发育的岩层带。其水的补给有的只靠大气降雨，有的除大气降雨外还与地表的江、河、湖泊等水体具有水力联系。在开采时，必须预先采取措施对水进行治理和预防，所以先治水后采矿是大水矿床开采的特点。

在防止治水前要全面掌握矿区的水文地质资料，并进行深入的分析研究，查明水量的大小、分布、排泄条件、补给水与水力联系等，同时还须查清水质、水温及其变化规律，然后确定有效的治水方案。

方法大水矿床的治水，主要采用疏干和截堵两种方法。

矿床疏干就是预先把地下水位降低到采掘工程标高以下，并始终保持一定的安全距离的治水方法。矿床疏干有地表深井疏干、地下巷道疏干和地表地下联合疏干三种方法。

截堵法就是采用钻孔注浆以封堵裂隙，构筑防水帷幕，以堵塞水路，隔离水源。它具有能胶结加固松散透水围岩，不会破坏地下自然状态在岩溶发育区可避免因疏干排水而带来的地面塌陷，起到保护地下资源，保护矿我环境，并减少矿坑排水量的好处。当矿区水力联系清楚，具有良好、稳定的隔水边界，过水断面窄，含水层的厚度不大，埋藏不深，可灌性好，好水通道溶洞淤泥量少等条件，在采用疏干治水时，宜考虑用截堵法先切断水力联系，将会收到事半功倍的效果。

措施矿山的防水措施分为地面防水和井下防水两部分。降雨、地表水对矿坑充水有严重威胁的矿区，应因地制宜地构筑各种防水拦截工程

隔离地表水对矿坑水的补给，防止地面水流入矿井内的措施主要取决于地表水类型和矿区地形地质条件。地面水害严重影响矿井安全的矿区应有年度防洪计划；在雨季应成立有效的防洪抢险机构；定期对拦截工程进行检查和维修；加强气象、水文观测，做好水情预报工作。

井下防水一般采取下列方法。

（一）预留防水岩（矿柱）。相邻两个矿井（或井田）之间留设防水岩柱，可避免一个矿井突水而影响另一个矿井；为防止富水断层突水，在其两侧要预留防水岩（矿）柱。

（二）防水闸门。这是矿山预防淹井的常用设施，设在通往水害威胁区的巷道的总汇合处，如井底车场的出入口，专用疏干巷道的入口处等。防水闸门建成后应进行升压试验，试验合格方可交付使用。使用中将它纳入矿山主要设备的维护保养范畴，建立档案，专人管理，并保证经常处于良好状态。

（三）挡水墙。在平巷或斜井中，临近突水点构筑挡水墙，将突水点封闭在里面，可迅速减少矿井涌水量，改变井巷作业条件，保障矿井安全。

开采技术（一）开拓与采准的特点

1、开拓大水矿床，应首先开拓水文地质条件简单、贮水量小的块段，建立起可靠的防排水基地，然后再逐步深入到水文地质条件复杂的块段。这样可以利用开采简单块段的疏排水设施，预先疏干和进一步探明复杂块段的水文地质，减少复杂块段初期涌水量大的不利因素。如在岩溶地区进行开拓和采准，初期工程要布置在非岩溶地段，避免充水构造、破碎带。开采特厚含水层的矿体，先对深部矿区进行开拓、采准，由深部向浅部进行开采。

2、对位于互有水力联系，同一水文地质区域的各井田，应布置多井同时开采，进行整体疏干，形成区域水位下降漏斗，加快疏干速度，缩短整个矿区的开采期限，分散排水负担，减少单位矿石的排水费用。

3、疏干巷道，一般应垂直地下水的补给方向布置。当疏干涌水量较大的含水层时，疏干巷道应在隔水层中掘进，只起引水作用并通过放水钻孔对含水层进行疏干。疏干巷道布置要与采矿工程密切结合，尽可能为以后开拓和采准所利用。疏干放水巷道要与水仓平行布置，以便于各处涌出的地下水能分散地引入水仓；同样水仓与主要运输巷道也宜平行布置，虽然有时需增设水仓入口处的沉淀池工程，但却可减小疏干放水巷道与主要运输巷道水的汇流量。

4、大水矿床。一般按4～6小时计算水仓容积，当正常涌水量与最大涌水量差额较大时，除须用正常涌水量计算外，还要以最大涌水量2～4小时的计算容积来核算其水仓容积，并取两者中的较大值。当矿床埋藏较深时，常分段建立水仓泵房，这样由于开采前期排水扬程低而减少的排水费用可大大超过后期因增添水仓泵房建设所需的投资。水仓泵房要有独立的通风系统，为此往往要开掘补充通风井和有关的回风巷道。

5、坑内涌水量大，泥质较多的矿山，放矿溜井和主充填井应尽量布置在穿脉内，以防止主要运输平巷淤积泥浆。

注意问题1、开采顺序。在一个阶段里，应先探明和回采水文地质条件比较简单，涌水量比较小的矿体，为开采水文地质条件复杂、赋存水量较大的矿体创造条件。采矿工作要与地下疏干排水工作紧密结合。地下水疏干工作形成的降水漏斗曲线应低于相应时期采掘工作标高或获得的剩余水头值达到允许范围时才能开采。

2、顶底板管理。大水矿床的矿（岩）体经疏干后，其稳固性均较差，回采时应特别注意顶板的维护。当地下水的水源为地表水时，其充分的强度取决于矿体顶板及其覆盖岩层的岩性和采区上方岩层的破坏程度。为减少覆盖岩层的破坏，可用充填法或空场法开采矿体。为有利于顶板的稳定，上下分两层要错开一段时间间歇开采，以缓和岩层移动，降低岩层导水（构造）裂隙的高度。当矿体与底板承压含水层间有隔水层存在时，要注意底板能否产生底鼓、裂隙而引起突水。

3、地下水清污分流。井下涌出的清水与生产过程中产生的污水，应按“清污分流，各成体系，综合利用，保护环境”的原则来进行处理。在主要的运输巷道中，要分别开凿污水沟、清水沟，设立污水、清水两套排水设施。污水送地表进行处理，回收有用金属，经处理后的矿坑水尾液符合国家排放标准，方许排放。

4、水的探测。井下采掘作业接近可能发生强涌水地段时，必须坚持“先探后掘”的施工原则。探水孔的终孔位置必须超前掘进工作面一定的距离。为了维护安全，达到有计划地放水，探水孔孔口要选择在岩石坚硬而完整的地段，并牢固安设带闸门的孔口管。探水孔施工中要有专人搜集钻孔涌水、涌砂等情况，填写深水孔登记表。探水孔竣工后要实测孔口位置，校正孔深、方位，倾角，整理全孔资料。

5、加快采掘速度，对降低单位矿石排水费具有重要意义。要以“坑钻结合”手段，查清地质和水文地质条件，对下阶段进行控制性勘探，为开拓下阶段提供可靠资料；组织快速掘进，缩短开拓时间以及尽可能地选用高效率的采矿方法。国外大水矿床多采用空场法等高效率的采矿方法。如赞比亚孔科拉（Konkola）用深孔空场法回采，苏联米尔加利姆塞多金属矿用房柱法，分层和分段巷道开采的空场法等方法开采；匈牙利尼拉德（Niyrad）铝土矿用房柱法和长壁法回采。波兰鲁德纳（Rudna）铜矿用房柱法和长壁法回采等等。为了充分利用工作面，各工作面常采用平行和交叉作业形式和轮休工作制度。凡属对矿井有威胁的大水矿床，每年应制定预防灾害措施计划，并报上级主管部门审批1。