露天采礦第06章__露天礦防水與排水工作

1、礦床露天開(kāi)采第6章 露天礦防水與排水工作6.1 概述l6.1.1露天礦防水與排水工作的重要性露天礦的涌水來(lái)源：大氣降水地表徑流地下涌水l露天采場(chǎng)，特別是凹陷露天采場(chǎng)本身就相當(dāng)于一口大井，從客觀上它具備了匯集大氣降水、地表徑流和地下涌水的條件。因此，在露天礦的整個(gè)生產(chǎn)期間，甚至基建期間都要采取有效的防、排水措施。露天礦涌水對(duì)開(kāi)采工作的影響和危害降低設(shè)備效率和使用壽命。如挖掘機(jī)在有水的工作面上作業(yè)時(shí)，其工作時(shí)問(wèn)利用系數(shù)一般只達(dá)到正常時(shí)的 1/21/3、對(duì)于運(yùn)輸設(shè)備不僅降低效率而且威脅行車安全。水還增加了設(shè)備故障并降低使用壽命。 降低礦山工程下降速度。采場(chǎng)底部匯水受淹會(huì)降低掘溝速度，從而降低礦山工程

2、下降速度，給新水平的準(zhǔn)備工作造成很大困難。 破壞邊坡的穩(wěn)定性。水是促使滑坡的一個(gè)主要因素，它能使巖體的內(nèi)摩擦角和粘聚力等物理性能指標(biāo)降低，從而削弱邊坡巖體的抗剪強(qiáng)度。l6.1.2露天礦涌水的影響因素l自然因素l氣候條件、地表水體、地形條件、巖石結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造l人為因素l氣候條件：大氣降水的滲透是地下水獲得補(bǔ)給的主要來(lái)源，而蒸發(fā)又是潛水的主要排泄方式之一，所以氣候?qū)Φ叵滤乃看笮?；水位高低有直接的影響。在氣候條件中又以降水量和蒸發(fā)量對(duì)地下水的影響最大。氣候條件具有較強(qiáng)的地區(qū)特征，從而決定了礦床的含水性不僅具有季節(jié)性的特征，而且也有明顯的區(qū)域性特征。 l地表水體：地表水體和地下水在一定條件下可以

3、互相轉(zhuǎn)化和補(bǔ)給，兩者之間有著密切聯(lián)系。因此，在地表水水網(wǎng)密度大的地區(qū)建設(shè)礦山時(shí)，必須查明地表水體與礦體之間的水力聯(lián)系情況，特別是在裂隙發(fā)育、透水性較好的巖層中，地表水體很可能成為礦山涌水的水源。 l地形條件：地形影響到地下水的循環(huán)條件和含水巖層埋藏的深度。一般在地形切割較為劇烈的地區(qū)，地表徑流量大而地下徑流量小；反之，在地形比較平緩的地區(qū)，地表徑流量小，而地下徑流量大，地下水比較充沛，礦床的充水量比較大，而且比較穩(wěn)定。 巖石結(jié)構(gòu)：巖石結(jié)構(gòu)致密、節(jié)理裂隙不發(fā)育時(shí)，其透水性很弱，不易充水，甚至隔水；反之，透水性就較強(qiáng)，充水量也較大。巖石中的孔隙不僅是大氣降水和地表水補(bǔ)給的通路，而且往往也是匯集和貯

4、存地下水的場(chǎng)所。 地形構(gòu)造：巖石的產(chǎn)狀和揩皺、斷層等構(gòu)造也影響地下水的靜貯量，有時(shí)還構(gòu)成地表水與地下水之間的水力聯(lián)系。如斷層破碎帶是地下水的導(dǎo)水通路，也經(jīng)常是礦山涌水的渠道，但是由壓應(yīng)力形成的斷層，由于破碎的巖塊被擠壓成粉狀并膠結(jié)十分緊密，以至透水性很低甚至隔水，形成自然的隔水帷幕。露天礦涌水人為因素對(duì)防、排水工作的重要性認(rèn)識(shí)不足，或不掌握礦山的水文地質(zhì)資料，不采取有效的防、排水措施等，往往容易導(dǎo)致突然涌水，引起不必要的損失。由于開(kāi)采工作的錯(cuò)誤而打通了含水層，使礦山涌水突然增大。對(duì)邊坡參數(shù)確定不合理或維護(hù)不善，發(fā)生大面積滑坡時(shí)，容易誘發(fā)涌水，甚至造成滑坡與涌水之間的相互誘發(fā)廢棄的礦坑常有大量積

5、水，當(dāng)排水工作停止后，廢坑內(nèi)的積水水位將會(huì)上漲。這種水源一旦與采場(chǎng)溝通，在一瞬間就會(huì)以很大的水壓和水量突然涌人采場(chǎng)。 地質(zhì)勘探工作結(jié)束后，必須用粘土或水泥將鉆孔封死，否則，未封閉或封閉不嚴(yán)的鉆孔一經(jīng)開(kāi)采就成為溝通含水層和地表水的通路，將水引人作業(yè)區(qū)。6.2 露天礦防水l露天礦防水工作的目的在于防止地表水和地下水涌入采場(chǎng)。l防水的措施很多，其中礦床疏干就是一項(xiàng)防止地下涌水比較全面而徹底的防水方法。l防水工作必須貫徹以防為主，防排結(jié)合的原則，并應(yīng)與排水、疏干統(tǒng)籌安排。l地面防水措施C截水溝C河流改造C調(diào)洪水庫(kù)C攔河護(hù)堤l地下涌水防治E探水鉆孔E防水墻和防水門E防水礦柱E防滲帷幕 截水溝：截水溝的作

6、用是截?cái)鄰纳狡铝飨虿蓤?chǎng)的地表徑流。當(dāng)?shù)V區(qū)降水量大，四周地形又較陡時(shí)，截水溝還必須起到攔截、疏引暴雨山洪的作用。以防洪為目的的截水溝必須設(shè)在開(kāi)采境界以外，對(duì)經(jīng)攔截而剩余的洪水量和正常時(shí)期的地表徑流量可設(shè)第二道截水溝攔截。第二道截水溝可根據(jù)地形、水量、邊坡的穩(wěn)定性等具體條件，設(shè)在境界外或境界內(nèi)。 設(shè)在境界外的截水溝應(yīng)按防滲和保護(hù)邊坡等要求決定其具體位置。境界內(nèi)的截水溝就設(shè)在臺(tái)階的平臺(tái)上。 截水溝的斷面多采用梯形，其斷面大小按流量和允許流速確定。截水溝的排泄口與河流交匯時(shí)，要與河流的流水方向相適應(yīng)，并使溝底的標(biāo)高在河水的正常水位之上，其目的是為了減少截水溝的排泄阻力和防止河流沖刷、倒灌。 河流改造：

7、當(dāng)河流穿過(guò)露天開(kāi)采境界，或境界外河流與采場(chǎng)地下水有補(bǔ)給關(guān)系，用其它防、排水措施無(wú)效時(shí)，應(yīng)將河流改道遷移。河流改造是比較復(fù)雜的工作，需要較大的投資。因此，應(yīng)將是否進(jìn)行河流改造與境界圈定問(wèn)題一同進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較。調(diào)洪水庫(kù)：季節(jié)性的小型地表水流橫穿開(kāi)采境界時(shí)，除采取改道方式外，還可在上流利用地形修筑小型調(diào)洪水庫(kù)截留，其主要作用是攔截和貯存洪水，并設(shè)有排洪渠泄洪。調(diào)洪水庫(kù)的壩底高度為：式中：H壩體高度，m：h0最高洪水位水深，m；h1波浪浪高，m；h2安全超高，m，一般為0.30.5m；h波浪爬坡高度，m。攔河護(hù)堤：當(dāng)開(kāi)采境界四周的地面標(biāo)高與附近河流、湖泊的岸邊標(biāo)高相差很小，甚至低于岸邊標(biāo)高

8、時(shí)，應(yīng)在岸邊修筑攔河護(hù)堤，其作用是預(yù)防洪水上漲時(shí)灌入采場(chǎng)。地下涌水防治地下涌水防治地下涌水防治工作的正確與否首先取決于對(duì)地下水源的了解程度，其次就是防水措施的可靠性。防治地下涌水的最好措施就是礦床疏干，以下措施可運(yùn)用于一些特殊情況。(1)探水鉆孔：“有疑必探，先探后采”是防止地下涌水的正確原則，尤其是對(duì)有地下采空區(qū)與溶洞分布時(shí)，應(yīng)預(yù)先打探水鉆孔，探明地下水源狀況，以便采取相應(yīng)措施，避免忽然涌水，造成損失。(2)防水墻和防水門：采用地下井巷排水或疏干的露天礦，必須在地下水泵房設(shè)防水門。對(duì)于不能利用的地下舊巷道，應(yīng)設(shè)防水墻，使之與地下排水或疏干巷道相隔離。(3)防水礦柱：當(dāng)露天礦采掘工作或地下排水

9、巷道接近積水采空區(qū)、溶洞或其它自然水體時(shí)，可留有防水礦柱，并劃出安全采掘邊界。防水礦柱可以防止突然涌水事故，但不能完全阻止?jié)B透。(4)防滲帷幕：防滲帷幕防水是在開(kāi)采境界以外，在地下水流向采場(chǎng)的通道上，設(shè)置若干個(gè)保有一定距離的注漿鉆孔，并依靠漿液在巖縫中的擴(kuò)散、凝結(jié)組成一道擋水隔墻，此擋水圍墻即所謂防滲帷幕。防滲帷幕主要適用于：地下水動(dòng)流量大、服務(wù)年限長(zhǎng)的礦山；礦區(qū)有良好的水文地質(zhì)邊界條件，地下水通向開(kāi)采境界的進(jìn)口較窄；采用疏干排水會(huì)導(dǎo)致地表下沉，毀壞農(nóng)田及建筑物的礦區(qū)；礦區(qū)附近有大型地表水體，并強(qiáng)烈的向礦區(qū)補(bǔ)給地下水時(shí)。6.3 露天礦排水l排水是排除礦坑涌水所采取的方法和設(shè)施的總稱l6.3.1

10、露天采場(chǎng)排水量計(jì)算l露大采場(chǎng)的水量組成Z地下水涌水量地下水涌水量按水文地質(zhì)條件計(jì)算Z降雨徑流量降雨徑流量是降雨經(jīng)自然下滲后積存在地面上的水量。降雨徑流量的大小分別按正常降雨量和設(shè)計(jì)暴雨頻率的暴雨徑流量計(jì)算.l正常降雨徑流量是按歷年的雨季的平均降雨量計(jì)算:FHQ 式中：Q正常降雨徑流量，m3/d；F采場(chǎng)匯水面積，m2；H統(tǒng)計(jì)年份中的歷年雨季日平均降雨量，m/d；正常降雨的地表徑流系數(shù)，無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)可從設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得。l設(shè)計(jì)暴雨頻率的暴雨徑流量是按一定的暴雨頻率計(jì)算出來(lái)的最大降雨徑流量ppFHQ 式中：Qp設(shè)計(jì)頻率的暴雨徑流量，m3/d；Hp統(tǒng)計(jì)年份中，設(shè)計(jì)暴雨頻率的日降雨量，m/d；1暴雨地表徑

11、流系數(shù)，無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)可從設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得。暴雨是指歷史短、雨量大的降雨。暴雨頻率是指等于或超過(guò)某一指定暴雨量的發(fā)生機(jī)會(huì)，并以百分?jǐn)?shù)表示。如暴雨頻率p=5%時(shí)，就表示在悠久的年代中，平均每100 個(gè)暴雨數(shù)據(jù)中就有5 個(gè)等于或超過(guò)某指定暴雨量，也可以說(shuō)該暴雨量平均每20 年一遇。但對(duì)此絕不可誤解為每20 年中必有一遇或僅有一遇。6.3.2 暴雨貯排平衡l降雨徑流量的波動(dòng)與排水設(shè)備的相對(duì)固定是露天礦排水的基本矛盾，兩者間的差額就需用貯水池來(lái)平衡。貯水池的合理容量取決于設(shè)計(jì)暴雨頻率和水泵排除積水所需的時(shí)間（歷時(shí)）。 貯水池的合理容積可按下圖用圖解法確定。圖中徑流量（降雨徑流量與地下水滲入量之和）累積曲線

12、與水泵排水累積曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就是水泵將全部徑流量排除的時(shí)間，在此之前兩曲線間在縱坐標(biāo)上的差值就是在不同時(shí)間內(nèi)徑流量超過(guò)排水量的部分。如果要保證露天坑底不受淹，則貯水池的容積應(yīng)等于兩曲線間縱坐標(biāo)上的最大差值，但這個(gè)最大差值不是唯一的，當(dāng)選擇的排水時(shí)間改變時(shí)，該最大差值也隨之改變。貯水池調(diào)節(jié)容積圖解法貯水池調(diào)節(jié)容積圖解法在確定貯水池容積時(shí)，還必須考慮到露天采場(chǎng)的允許淹沒(méi)程度，允許淹沒(méi)程度用允許淹沒(méi)時(shí)間和允許淹沒(méi)高度表示。當(dāng)暴雨出現(xiàn)時(shí)，允許露天坑底貯水，短時(shí)間淹沒(méi)最低工作臺(tái)階，排除該積水的期限即為允許淹沒(méi)時(shí)間，一般為17 天。允許受淹高度應(yīng)保證受淹后仍能使排水工作繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)采用露天固定式或

13、半固定式水泵排水時(shí)，其允許淹沒(méi)高度不應(yīng)超過(guò)水泵的吸水高度；而對(duì)于移動(dòng)式水泵、潛水泵、水泵船和地下固定式水泵，就不受淹沒(méi)高度條件的限制。因此，按圖中徑流量超過(guò)排水量的最大水量，就應(yīng)有貯水池和露天坑底允許受淹的貯水容積共同承擔(dān)貯調(diào)作用。故允許淹沒(méi)高度為：式中：H允許淹沒(méi)高度，m；Q每日貯、排不能平衡的多余水量，m3；F排水工程與設(shè)備所能控制到的坑底匯水面積m2；Hx水泵吸水高度，m。6.3.3露天礦排水系統(tǒng)l露天礦排水方式：l露天排水（明排）l地下排水（暗排）l這兩種排水方式的選擇，不僅要對(duì)比它們的直接投資和排水經(jīng)營(yíng)費(fèi)用，而且還需要考慮到它們對(duì)采礦工藝和設(shè)備效率的影響，以及由此而引起的對(duì)礦山總投資和總經(jīng)營(yíng)費(fèi)的影響。 l排水系統(tǒng)是排水工程、管道、設(shè)備在空間的布置形式。露天礦的排水系統(tǒng)主要形式及其適用條件如下表。l 選擇排水系統(tǒng)除考慮的因素排水方式選擇礦區(qū)降雨情況水文地質(zhì)條件、地形開(kāi)采規(guī)模和服務(wù)年限采剝方法和礦巖種類用戶