疏干排水

如题所述

疏干排水是目前国内外应用最广泛的一种防治地下水危害的有效方法。从广义上讲,为了采矿安全,降低成本,对威胁采矿的各种充水水源采取的疏排、控制与隔离等工程措施统称矿床疏干。通常我们所说的疏干排水包含有疏干和疏水降压两种涵义:疏干是指通过一定的集水构筑物(井、孔、巷道等)及相应的排水设备和设施,对矿床直接充水的含水层进行积极、主动地排水,使地下水位降低至开采地段以下的排水方法和过程。疏水降压是指对矿床间接充水的含水层,通过排水将其水头降低至某一安全高度。

矿床疏干按其进行阶段,可分为预先疏干和平行疏干。预先疏干也称超前疏干,是在井巷开拓之前或在矿山基建过程中,超前降低既定开采区的地下水位或水压,以保证井巷或露天采剥工程安全正常进行,该法一般适用于水文地质、工程地质条件较复杂的矿区;平行疏干是在采掘过程中进行排水疏干,故又称同时疏干,通常适用于矿坑涌水量较小、水文地质、工程地质条件较简单的矿区。

按疏干的方式,矿床疏干又可分为地表疏干、地下疏干和联合疏干。

1.地表疏干

1)深井疏干。地表疏干目前以深井疏干方法为主,即在疏干地段从地表施工一系列疏干钻孔至充水岩层,用深井泵或潜水泵将地下水排出地表,以降低水位或水压,达到安全开采目的。这种方法常用于矿体埋藏较浅、含水层渗透性较强的矿区,其优点是经济、安全、施工方便。另外,由于地表疏干通常是从矿体外围直接排水,排出的地下水不易受污染,因而可直接用于工农业生产及生活用水,便于排供结合,充分利用地下水资源。与地下疏干相比,深井疏干的另一优点是,比较容易控制地下水下降速度,因而对一些隐伏岩溶充水矿床,可在一定程度上减轻因排水而引起的地面塌陷。但深井疏干需要较多高扬程大流量的水泵,维修复杂,消耗能源多,疏干范围与疏干深度有限,同时对过滤器要求较高,如设计不当,易引起进水受阻或漏砂,影响疏干效果。地表疏干系统的布置应根据矿区水文地质条件及采矿要求来确定,其布置方式有线性、环形、网状及不规则等多种形式。疏干孔的具体位置应有利于矿床疏干,又考虑其服务年限。如对露天矿,一般情况下疏干孔应布置在露天采场最终境界线以外。对于均质含水层,可采用等距离疏干系统,对非均质含水层,将疏干孔布置在导水性良好的地段。目前,深井疏干方法在我国多用于矿体埋藏较浅、分布集中的矿区,尤其是露天矿。

2)漏水孔(或称吸水孔)。当矿区需要疏干含水层的下部存在透水性好且水位低于拟被疏干含水层水位的某一透水层或含水层时,可在地表施工一系列漏水钻孔,将上部含水层中的地下水,通过漏水钻孔自流泄至下部含水层中(图14-5),从而达到上部含水层疏干或降压的目的。这是一种最经济、简便的疏干方法。

图14-5 漏水孔(吸水孔)疏干上部含水层

图14-6 水平孔疏干露天边坡

3)水平孔疏干。近年来,国外露天矿疏干排水工程中,广泛采用水平孔来疏干露天矿边坡。这种方法的基本特点是:在露天采区边坡底部施工一个近水平的(一般为1°~5°上坡角)钻孔,地下水在自然梯度驱使下流出,泄入排水沟(图14-6)。钻孔的方向应尽可能垂直构造面方向,以期获得最好疏干效果;钻进深度应穿透土质边坡或松散岩层,对一些不稳定的边坡应穿透潜在滑坡面的后部。为防止松散物质堵塞,应在孔中设置不同材料的过滤器。这种方法经济、安全、简便,疏干较彻底。因此,水平孔疏放水被认为是目前疏干露天边坡地下水最有效的方法。

2.地下疏干

常见的地下疏干工程有疏干巷道、平峒、放水钻孔、直通式钻孔等。

1)疏干巷道:即直接或间接疏泄和拦截进入矿坑的地下水。当含水层的工程地质条件较好且水量不很大时,疏干巷道可直接布置于含水层中;当含水层水量大或稳定性差(如松散地层)时,疏干巷道可布置在紧邻含水层的隔水层中,然后再施工放水钻孔或其他滤水装置,将地下水疏放泄入巷道。疏干巷道的布置,应垂直矿坑地下水的补给方向,且低于采矿标高,既要考虑取得最佳疏干效果,又要考虑有利于施工。对专用疏干巷道,还应力求与地下开采其他排水工程结合,并延长其服务年限。

2)疏干平峒(平窿):当矿区充水岩层地下水位较高而且存在着深切的沟谷时,可利用有利地形,用疏干平峒作为疏干巷道,使地下水由平峒自流出地表。如四川红岩煤矿、广西泗顶石铅锌矿等,都采用此法疏干。

3)坑内放水钻孔:钻孔由坑道内直接打入含水层,利用坑下的承压水头,将地下水放入矿坑。放水钻孔需配置专门的放水硐室,硐室距离取决于含水层的透水性,自数十米至100m不等,每个硐室可布置3~5个放水孔,一般呈扇形或放射状分布,多为水平钻孔或上仰孔,也有向下打垂直孔。孔深多小于100m,钻至孔内强烈出水为止。钻孔孔口应安装孔口管或放水阀,并用水泥或铆杆加固。坑内放水疏干的方法,在我国无论是煤矿还是金属矿均广泛采用。如山东金岭铁矿,矿体赋存于中奥陶统马家沟灰岩与闪长岩的接触带中(图14-7,图14-8),矿层直接顶板为灰岩裂隙岩溶含水层,矿层及底板为隔水层。为安全开采,需对顶板含水层进行预先疏干。该矿采用巷道放水孔疏干,疏干巷道均利用坑下运输巷道,布置于矿体底板闪长岩及矿体中,放水硐室间距40~50m,每个硐室施工2~5个放水孔,呈放射状分布,仰角0°~22°,孔深50m 左右,先后已疏干+16m,-7m,-47m等水平,收到了良好的治水效果。

图14-7 山东金岭铁矿疏干工程布置剖面图

图14-8 山东金岭铁矿疏干工程布置平面图

4)直通式放水钻孔:当采矿层上方较远处存在威胁采矿安全的含水层时,可从地表打钻孔,穿过含水层直达井下巷道,使含水层中的地下水,通过钻孔自动流入巷道,从而达到疏干的目的,这种钻孔称为直通式放水钻孔。它既适用于地下开采的矿床,也适用于露天开采。对不同岩性、结构及透水性含水层,均可适用,且具有疏干效果好、所需设备少、管理方便、消耗能源低等优点。缺点是施工条件较复杂,并需有地下疏干工程配合。

直通式放水钻孔的布置与地表疏干的抽水孔相似,同样依补给矿区地下水的方向,分为线形孔排和环形孔排等。钻孔通过含水层时,若岩石较破碎(尤其是松散含水层),应安装滤水管或过滤器护壁。为控制放水流量,还应在放水孔底端安装孔口管和阀门(图14-9)。

3.联合疏干

联合疏干系指在一个矿区内,同时采用地表疏干和地下疏干两种方法。一般是在矿区水文地质条件较复杂、单一疏干方法不够经济合理时采用。联合疏干通常是在基建阶段采用地表疏干,采掘阶段采用地下疏干。第一阶段在地表用深井作预先疏干,把大部分地下水储存量排除,降低充水岩层水位,保证开拓工程安全掘进;第二阶段利用各种生产巷道,辅以放水钻孔,排除矿层上下含水层保留的残余水头,保证采矿安全。由于联合疏干兼具地表和地下疏干的优点,对一些条件复杂的大水矿区,采用联合疏干往往比单纯采用某一种疏干方法要经济、安全,疏干效果更好。

图14-9 直通式放水钻孔结构

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