某矿山水文地质条件复杂, 为岩溶特别发育大水矿山。建矿以来采用的浅部截流疏干地下水防治方法, 严重的破坏了矿区地质环境, 造成地表水大量下渗, 地面塌陷频繁发生。且防治水费用、排水费用高昂, 矿山经济效益受到影响。[1]根据统计调查, 2005年全国矿井水排放量约为42亿m3。某矿2005年的矿井排水量达到了800万m3。2008年在矿区金星岭南部 (见图1) 开展帷幕注浆截流工程, 探寻从根本上预防岩溶塌陷发生、发展的途径, 减少井下排水量, 减少地表岩溶塌陷, 维护矿山地质环境。
1 矿区主要进水通道
矿区地质构造在宏观上为一复式向斜, 轴向北西, 向南东倾伏。
矿区三个明显的进水通道。
(1) F4至F5断层之间的金星岭南部进水通道, 水量约16000~25000m3/d, 集中从-40m新南截流巷涌出, 进水通道主要是溃入型通道 (宽大裂隙或岩溶[2]管道) 。
(2) 西部隔水边界至F4断层之间的狮岭南部进水通道, 水量约1000m3/d, 主要从狮岭南放水巷涌出, 进水方向也是以南面为主, 其进水通道也是以溃入型通道为主。
(3) 金星岭北部进水通道, 水量约3800m3/d, 主要从0m北截流巷涌出, 进水通道以渗入型通道 (裂隙、溶孔等) 为主, 进水方向为正东方向。见图1矿区水文地质平面图。
2 帷幕注浆截流堵水效果分析
2.1 压水试验成果分析
各钻孔注浆段在注浆前做一次压水试验, 每段次压水试验是帷幕注浆质量过程控制的一个很重要手段, 31个注浆孔各段次注浆后压水试验单位透水率全部小于设计5Lu, 绝大部分小于1Lu, 达到设计要求。各次序孔在灌注前后透水率有明显的差异, 注浆前各序孔之间透水率呈现直线下降趋势, 前序孔注浆后, 后次序孔注浆前透水率明显减少, 说明浆液扩散达到设计要求。一序孔注浆前平均透水率为45.07Lu, 二序孔注浆前平均透水率为31.837Lu, 三序孔注浆前透水率为15.143Lu仅为一序孔的1/3差异明显, 说明一二序孔封堵了大部分的溶洞裂隙, 三序孔在一二序孔基础上进行了加强注浆, 有效的降低了岩体的渗透性。注浆后各次序孔透水率远远小于设计值5Lu, 岩体的渗透性明显降低, 注浆效果明显。
2.2 各次序钻孔各地层注浆量成果分析
各次序钻孔各地层注浆量统计见表2、图2。从统计表中可明显看出, 随着钻孔施工次序的增加, 各地层单位吸浆量逐步减少, 二、三序孔明显小于一序孔。若孔序单位注浆量递减率在0.25~0.75之间, 表明前后序孔注浆体搭接良好, 布孔孔距合理, 本段单位注浆量递减率在0.3~0.6之间, 说明经过注浆后溶洞裂隙基本已经充填饱满, 浆液前后搭接良好。
2.3 帷幕线附近钻孔水位变化分析
新增水文观测孔2个分别为212/FK3和214/FK3 (见图1) , 帷幕线周边共有水文观测孔15个, 形成了完善的水文观测网, 从表2中可以看出, 帷幕线外水位观测孔216/FK1, 216/FK2及ck0802水位比其2007、2008年水位总体上升了3m~8m, 而帷幕线内水位观测孔212/FK1和212/FK2水位比其2007、2008年总体下降了1m~4m, 说明帷幕注浆使得帷幕线内外形成了水位差。
CK52、CK29、CK65、CK0803、212线钻孔钻孔水位变化曲线代表帷幕内水位变化, CK0801、CK0802、214/FK1、214/FK3及216线钻孔水位变化曲线代表帷幕外水位变化。帷幕线外的216线钻孔水位受地下水绕流[3]影响, 地下水位波动剧烈并有一定的抬升, 216/Fk1、216/Fk2、CK0802、214/Fk3钻孔水位先上升后下降, 总体上升趋势较明显, 但CK0801钻孔水位在下降后有所抬升说明地下水流场发生变化, 水流向西 (帷幕F-G段) 绕流。我们发现:矿区南面地下水沿214/Fk1、214/Fk2、212/Fk1、Ck29钻孔位置进入新南截流巷。帷幕注浆第三段进行封堵后, 矿区的主要进水通道向西缩减, 地下水有明显向绕流现象。说明在注浆施工过程中, 随着浆液的注入和凝固, 造成部分过水通道的变化和封堵, 改变了地下水径流, 注浆施工取得一定的效果。
2.4 矿井截流巷排水量分析
1997年至2008年-40m中段平均降雨量1558.9mm, 排水量907.4万m3, 其中2004年降雨量最小为1171.4mm, 排水量为787.61万m3, 2009年降雨量1476.3mm, -40m中段排水量610.65万m3, 变化趋势见图2。通过各年同期降雨量与矿井截流巷排水量对比分析可见形成的地下防渗帷幕发挥了堵水效果。
3 结语
(1) 在帷幕施工前地下水主要向北沿CK0801-214/FK1-212/FK2-CK52-CK29孔流向新南截流巷, 水力坡度约0.176m/m, 帷幕施工后地下水流场发生了改变, 产生了绕流现象, 在帷幕线附近, 由216/FK1转向西至216/FK2再转向北沿214/FK2—212/FK2—CK52—CK29孔流向新南截流巷, 水力坡度0.118m/m。
(2) 帷幕线外水位观测孔216/FK1, 216/FK2及CK0802水位比其2007、2008年水位总体上升了3m~8m, 最高上升10m~15m, 而帷幕线内水位观测孔212/FK1和212/FK2水位比其2007、2008年总体下降了1m~4m说明帷幕注浆使得帷幕线内外形成一定的水位差。
(3) 帷幕注浆在矿区形成地下防渗帷幕, 有效截堵地下水, 减少矿井涌水量排水量, 减少地面塌陷, 达到从根本上维护矿山地质环境的目的。
摘要：某矿山建矿以来长期的浅部疏干排水, 防治水、排水费用高昂且严重的破坏了矿区地质环境, 地面塌陷频繁发生。本文主要介绍实施帷幕注浆截流堵水工程取得的堵水效果, 探寻从根本上预防岩溶塌陷发生、发展的途径, 减少井下排水量, 减少地表岩溶塌陷, 维护矿山地质环境。
关键词：岩溶,裂隙,径流,绕流
参考文献
[1] 杜存飞, 李志锋, 黄文建.矿井水综合利用[J].中国西部科技, 2008, 7 (21) :34～35.
[2] 工程地质手册编委会, 岩土工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1994:278～1000.
[3] 禹华谦, 陈春光, 麦继婷.工程流体力学[M].西南大学出版社, 2005.