高山河流交汇区域露天采场防排水技术研究修稿Word文档格式.docx
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区内基岩裸露，沟谷发育，汇水面积较大，沟谷呈“U”字形、似鱼刺状分布在矿区的四周。
矿区的东部紧邻洛钼集团，东部的大气降水基本全部汇入洛钼集团露采坑；
根据矿区地形图，矿区西部大部分汇水可通过根据矿区的地形地质图资料计算，矿区北部的北沟、西沟和王家东沟汇水面积为1.39km2；
矿区南部的上东沟、小东沟、大东沟、大王庄沟、小王庄沟、炭窑沟等大小沟谷的汇水面积为4.83km2；
依照露天后期境界图，露天采场边坡范围内的汇水面积是0.9236km2。
2.2矿区周边地表汇洪量计算
矿区周边地表汇洪量是指大量降水在在短时间内，形成特大的地表径流，汇入矿坑的水量。
由于南泥湖钼矿按30000t/d生产规模，露采可服务28年。
因而矿坑周边地表水的防排水必须按100年一遇的汇洪量考虑，其汇洪量的大小缺乏实测资料，因根据矿区周围自然地理因素、流域面积大小、降雨的强度及历时、地表水下渗、地表径流等参数，计算矿区周边地表汇洪量是必然选择。
2.2.1地表暴雨产流理论
地表流域的产流过程也就是暴雨扣损过程。
当降雨量满足截留和填洼且雨强超过下渗强度时，地面开始积水，并形成地表径流。
影响降雨损失过程的因素很多，情况比较复杂，目前在估算或选定损失参数时，主要采用经验方法。
地面流域的径流损失主要包括植物截留、洼地填蓄、下渗、蒸发等部分。
汇洪量的水量平衡方程式为：
Q=Q降-q截-q洼-q下渗………………………………………………
（1）
式中：
Q降——一次历时的暴雨量，m3；
q截——一次历时降雨植被的截留量，m3；
q下渗——一次历时下渗量，m3；
q洼——一次历时的填洼量，m3；
Q——一次历时的暴雨量，m3；
2.2.2径流系数法求算矿区暴雨洪峰量
（1）根据栾川的暴雨资料计算暴雨强度：
2010年7月23日20时至24日20时，栾川遭遇百年一遇特大暴雨，据河南气象台资料，最大日降雨量达250~300mm。
计算取最大日降雨量300mm。
采用同倍比法（按洪峰或洪量同一倍比放大典型洪水过程线的各纵坐标值，从而求得设计洪水过程线的计算方法）暴雨时程分配见表3-8所示。
由表可知最大小时暴雨强度为：
imax=132.3/2=66.15mm/h。
（2）径流系数法计算矿区暴雨洪峰流量：
表3-8最大日降雨时程分配表
项目
设计暴雨时段（2h）雨量过程
24h
时段序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全日雨量
典型分配%
2.9
3.4
3.9
5.2
10.5
44.1
8.7
6.1
3.3
100
设计暴雨量mm
10.2
11.7
15.6
31.5
132.3
26.1
18.3
15
9.9
300
根据（35式）计算暴雨洪峰流量：
Qmax=imaxΨF……………………………………（35）
Qmax——暴雨洪峰流量（m3/s）；
imax——最大暴雨强度[m/s]；
F——汇水面积（m2）。
Ψ－径流系数；
径流系数Ψ的选取主要依据以下四个因素：
①降雨强度，对相同降雨量来说，雨强越大，降雨损失量越小，产流越快，洪峰流量越大；
②流域的地形坡度：
地形坡度越陡，汇流速度越快，汇流时间越短，洪峰流量越大；
反之则小。
③下垫面的种类：
对于不同的下垫面，据《室外排水设计规范》GB50014-2006，城市平地条件下不同下垫面的径流系数对应于见表3-9。
④流域的面积和形状：
流域面积大、形状狭长，则流域洪峰汇流时间较长，径流过程平缓，相对洪峰量要小。
考虑南泥湖钼矿露天坑周边汇水区域均为山区坡地，在暴雨季节洪水汇流速度快，且露采坑北部的汇水面积小于南部，为此，南部的径流系数取0.35，北部的径流系数取0.45。
由表3-8可知：
南部洪峰流量：
Qmax=imaxΨF=0.0184×
0.35×
4.83×
103=31.1052m3/s
北部洪峰流量：
0.45×
1.39×
103=11.5092m3/s
2.2.3矿区暴雨洪峰量的综合确定
根据产汇流理论和径流系数法计算的露采坑北部、南部的最大汇水量如表3-10所示：
矿区暴雨洪峰量取其平均值。
表3-10南泥露采坑及周边暴雨洪流量取值表
计算方法
洪峰流量
产汇流理论计算法
径流系数计算法
平均值
北部Q北max（m3/s）
13.4921
11.5092
12.5007
南部Q南max（m3/s）
32.1974
31.1052
31.6513
3矿区地下水的分布规律
3.1地表水体及含水层
根据《河南省栾川县南泥湖矿区钼矿勘探报告》及我院技术人员现场收集的相关资料，矿区及周边只有山间沟溪，区内冲沟发育，上东沟源于外围老母庙一带，流经矿区南缘入冷水河；
旱季流量显著变小，有时仅为涓涓细流，甚至干凅，因而矿区范围内无大的常年性地表水体。
矿区地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水及采空区的老窑水。
3.2地下水补给、排泄条件
大气降水渗入是地下水的唯一补给来源，深部基岩构造裂隙水接受降水的远程补给。
虽然区内构造比较发育，但因构造多呈压性或压扭性，其破碎带宽度有限、透水性差，阻碍了降水的垂直和侧向渗入补给。
另外，由于该区蒸发量大于降水量，降水在入渗补给过程中，大部分通过蒸发和植物的蒸腾作用返回大气层，也造成了补给量减少，所以该区岩石补给水源有限，其富水性弱。
地下水主要赋存于第四系松散层孔隙、基岩风化带及石英岩、长英角岩断裂破碎带中。
上部以孔隙-裂隙含水为主，分布于沟谷和斜坡地带，自然状态下沿基岩风化裂隙带或基岩接触面向沟谷方向运移，以泉水形式排出地表；
深部以微裂隙、破碎带含水为主，沿断裂构造呈带状、网络状分布，自然状态下沿断裂构造裂隙或破碎带由北向南运移，遇辉长岩带受阻后，则沿辉长岩北部接触带裂隙转向西南运移，流出矿区。
辉长岩是隔水地质体，但其接触面的裂隙带又是地下水的运移通道。
矿区地处地表分水岭地带，无大的地表水体，由于破碎带补给路线长、补给来源有限、补给水量不足，地下水以贮存形式为主。
地下水动态水位历史观测资料显示，涌水量峰值滞后大气降水约30天，ZK1210涌水量动态观测：
1974年5月16日流量0.128l/s，至1979年5月14日流量0.0623l/s，涌水量呈系统性下降，在五年时间内流量减少51%，抽水试验中水位恢复需长时间才能达到稳定状态，这种现象表明矿区地下水环境随地质环境的变化而变化，地下水位呈逐年下降趋势。
综上所述：
区内地下水资源有限、补给量小，岩石和构造破碎带的导水性和富水性弱，区内未发现导水断裂。
周边露天采矿场、采矿井巷坑道在采掘过程中至目前均未发生过突水事件，井巷坑道涌水量也不大，说明南泥湖矿区地下水对矿床的开采不构成威胁。
3.3露采矿坑的充水条件
地下水因岩石含水不均匀，涌水量也小，只有在矿坑内揭露含水断裂构造带时，地下水才从断裂构造带内涌入矿坑，形成直接充水；
受三道庄矿区及南泥湖矿区内地采坑道掘进和排水的影响，本矿区1250m高程以上的地下水已基本被疏干，所以，地下水对矿坑的影响不大，是矿床的次要充水水源。
采空区积水随着露天坑向下延伸，边揭露边疏干，不会对采矿构成威胁。
露采矿坑主要由大气降水和降水形成的地表径流直接流入而充水，是主要充水来源，但因不同月份的降水量大小、降水强度不一，充水条件也会发生变化。
年最大降水量1462.6mm，年最小降水量468.7mm，年平均降水量809.3mm，降水多集中在7-9月的雨季内，占年降水总量的60%左右，一次连续最大降水量301.8mm，日最大降水量257.1mm，一次连续降水量最长13天，年降水日数92-114天。
3.4露采矿坑涌水量的估算
（1）涌水量计算公式的选取：
露采坑的矿坑涌水量由地下水涌水量和采场大气汇水量组成，根据钻孔抽水试验计算地下水产生的露采坑涌水量。
根据详查钻孔抽水试验资料，地下水涌水量与水位降深呈对数关系，其关系式为：
q=a+blgS…………………………………………………（36）
q—钻孔涌水量，L/s；
a、b—涌水量回归系数，
S—水位降深，m；
钻孔涌水量换算成矿坑涌水量Q1的计算式为：
…………………………………（37）
式中：
Q1—1105m标高露采坑涌水量，L/s；
R—抽水孔的影响半径，m；
r—钻孔半径，m；
R0——引用影响半径，m；
r0——矿坑相当半径，m；
r0由露采矿坑面积求得：
…………………………（38）
F1—露采坑面积，m2；
R0利用矿区边界条件求得
……………………（39）
F2—矿坑排水影响面积，m2；
采场内大气降水汇水量计算公式为：
Q2＝X×
F1
Q2—采场降雨汇流量，t/d；
X—平均降水量，m/d，
则矿坑正常涌水量：
Q=Q1+Q2
（2）计算参数的确定
详查抽水试验资料确定a=-0.5402，b=0.9986。
S—按周边露天采矿场、区内生产竖井及冷水沟村口新凿水井（井深370m，水位高程1308-80=1228m）的实际情况，取矿区地下水位高程1240m，则S=1240-1105=135m。
F1—根据设计开采境界范围图确定，前期境界：
F1=534905m2，后期境界：
F1=921712m2；
R—按多孔抽水试验影响范围，确定R=199m
r0—由露采矿坑面积求得，
，
r—钻孔半径，r=0.055m。
R0—利用公式：
R0=R1+r0其中R1=
X—取南泥湖实际观测值的平均值；
m；
（3）计算结果
1330~1240中段以上矿坑涌水量只计算了大气降水量；
1240-1105中段矿坑涌水量中计入了669m3/d的地下涌水量。
4水对露天边坡稳定性影响分析
岩石边坡的稳定是一个比较复杂的问题，影响边坡稳定性的因素较多，简单归纳起来有以下几个方面：
组成边坡体岩体的物理力学性质、边坡的形状和参数、边坡的工作条件、边坡的水文地质条件、边坡的加固措施等等。
组成边坡体岩体是决定边坡稳定性的物质基础，构成边坡的岩体越坚硬，整体性越好，边坡的稳定性主好，反之，软弱破碎岩体容易产生滑坡；
边坡的越高、坡角越陡，坡体越容易失稳，反之则利于坡体稳定。
滑坡是坡体因多种因素耦合变形，最终被某些诱发因素激发失稳，产生滑动的一种灾害地质现象，在这诸多因素中，水也是边坡失稳的重要因素之一。
地下水位的上升导致边坡周围水环境的变化，从而影响其稳定性。
地下水参与工程地质作用，并在一系列工程地质问题的发生过程中起至关重要的作用，这是一个不争的事实。
此外，大气降水对边坡的稳定性影响不容忽视，很多滑坡事故都发生在雨季。
2.2节已述，矿区内1330m中段以下存在基岩裂隙水、采空区集水以及大气降水的入渗，水的作用会使岩土软化，降低其物理力学性能；
地下水的渗流对岩体产生动水压力和静水压力；
此外，水对边坡的潜在滑移面有润滑作用，降低坡体的抗当滑力。
因此，恰当地分析大气降水及地下水对边坡的作用，对于提高边坡稳定性评价的可靠性、制定合理的治理对策是十分有益的。
岩体是由岩石和结构面组成，无论是大气降水还是地下水，水渗入岩体对边坡稳定性的影响主要表现在以下4个方面：
①使岩体软化，降低其物理力学性能；
特别表现在降低软弱夹层和结构面的抗剪强度；
②水的入渗增加边坡的自重；
③裂隙中的水及流动会产生静水压力（浮力）和动水压力，从而降低滑移体的法向应力；
④此外，水对岩体的化学作用也不容忽视。
5南泥湖钼矿露采坑防治水措施
由前述章节可知：
矿区位于四周高中间低的小型山间洼地，周边山峦起伏，地形陡峻，切割较深，地表形态相对高差达289.18m，山体坡度30°
-40°
，总体趋势为东北高西南低，属侵蚀型低中山地貌单元。
矿区周边沟谷发育，沟谷呈“U”字形、似鱼刺状分布全区。
根据地形地质图计算，矿区北部的汇水面积1.39km2；
矿区南部的汇水面积为4.83km2；
露天采场边坡范围内的汇水面积是0.9236km2。
由于区内雨季集中在7~9月，百年的日最大降雨量达300mm。
根据产汇流理论和径流系数法，综合确定得出露采坑及周边的洪峰流量：
北部Q北max=12.5007m3/s，南部Q南max=31.6513m3/s，露采坑Q坑max=8.3062m3/s；
可见雨季采场周边地表洪流可在短时间内淹没矿坑。
由于该矿区构造裂隙发育；
大气降水易通过构造裂隙、结构面、节理裂隙转化为地下水，使构造裂隙及附近岩体、破碎带、结构面、节理裂隙的容水性、持水性增加，加速破碎带泥化、增大岩体滑力，降低岩体抗剪强度；
裂隙水的静水压力和动水压力也加剧岩体滑动。
不论是大气降水的入渗还是基岩裂隙水，通过对边坡岩体及结构面的物理化学作用而影响边坡的稳定性。
根据地质报告，区内地下水资源有限、补给量小，岩石和构造破碎带的导水性和富水性弱，区内未发现导水断裂。
但在1345水平以下各台阶钻孔施工过程中，大部分炮孔积水，使得炮孔塌孔，给成孔质量和后期的装药施工造成很多的影响，传统的粉状乳化炸药和膏状乳化炸药因钻孔积水无法装入炮孔中，影响爆破施工，爆孔中的积水导致钻孔堵塞质量降低，爆破时容易冲孔，带来较大的安全隐患，同时使爆破效果降低，大块率升高。
为防止重大地质灾害的发生和预防淹坑事故，确保南泥湖钼矿安全生产，需对矿区周边及露采坑的大气降雨汇水、矿区边坡的基岩裂隙水进行截、疏、排、堵综合治理。
不仅要采取地表防治水措施防止地表水流入采场，减少采场排水量，降低矿物含水量，提高采掘效率，保障采场安全生产，也要对赋存于边坡岩体内的地下水采取疏干、防渗堵水等措施，对地下水进行综合防治，达到疏干降压、堵水防渗、确保边坡稳定、实现安全生产和经济运行的目的。
矿区水害综合防治系统由地表截流系统、地下水疏干系统和露采坑防排水系统构成。
根据治理方案和部位的不同，防治水方案由四部分组成：
①露天坑外地表水防治方案，②边坡破碎带裂隙水疏干方案；
③露天坑内大气降水和地下水防排水方案；
④生产过程中单台阶裂隙治水方案。
露天坑外地表水防治方案：
根据露采坑周边的汇水面积及最大暴雨量，计算其暴雨时的汇峰量，在边坡的周边设置截排水沟，汇集到采坑的洪水通过截排水沟流入冷水河，防止洪流进入矿坑引发淹井事故。
边坡破碎带裂隙水疏干采用钻孔疏干方案。
对露天坑范围内大气降水、地下水采用排水，将坑内的水及时有效地排到地表，进入地表截水沟，再转排到选矿厂利用；
而对于地下涌水量大、补给量足的破碎带采用注浆封堵。
生产过程中单台阶裂隙治水，炮孔成孔后采用高压风吹出，同时采用防水炸药。
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