伴隨著(zhù)國家礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的黃金十年，鐵礦的資源開(kāi)采被提上了日程，但開(kāi)采的先決條件即解決礦山開(kāi)采與地下水資源保護和安全建設之間的矛盾。
在基建及生產(chǎn)過(guò)程中，坑下開(kāi)拓工程揭露灰巖頂板時(shí)均出現大量涌水，并造成地面塌陷、地表水倒灌等問(wèn)題，給礦山生產(chǎn)帶來(lái)嚴重危害，同時(shí)也給周邊環(huán)境帶來(lái)不良影響。為防治地下水害，幾十年來(lái)，礦山與相關(guān)研究單位開(kāi)展了大量的研究工作，實(shí)施了一系列的綜合防治水工程，積累了大量豐富而又寶貴的巖溶地下水綜合治理經(jīng)驗。進(jìn)入21世紀伴隨著(zhù)國家礦產(chǎn)資源需求不斷增大，作為水患礦山治水的重要手段，礦山帷幕注漿技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。中關(guān)鐵礦帷幕注漿工程迄今為止仍然是帷幕線(xiàn)規模最大的單體帷幕注漿工程，該項目實(shí)施過(guò)程中取得的成功經(jīng)驗和研究成果為該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展提供了寶貴經(jīng)驗，對礦山帷幕注漿技術(shù)的發(fā)展具有里程碑式的作用。中關(guān)鐵礦帷幕注漿工程，注漿帷幕設計厚度T=10．0 m，漿液擴散半徑Ｒ=8．0 m，設計孔距D=12．0 m，注漿段平均長(cháng)度L=414 m，采用分段注漿方式，每注漿段平均長(cháng)度30 m。注漿段鉆孔直徑采用Φ110 mm、Φ91 mm、Φ75 mm三種。注漿帷幕完工后的帷幕防滲性能指標q≤2Lu，帷幕形成后堵水率達80%，透水系數K＜0．08 m/d，質(zhì)量要求高。帷幕注漿項目實(shí)施任務(wù)由某有色工程勘察院有限公司承擔，實(shí)施時(shí)間為2006～2010年。該帷幕采用平面上和垂向上全封閉帷幕注漿形式，注漿帷幕線(xiàn)設計南北長(cháng)1 140 m；東西最大寬度890 m，平面上形成環(huán)形橢圓狀的全封閉帷幕注漿帷幕，帷幕線(xiàn)全長(cháng)3 397 m，垂向上墻體底板需進(jìn)入燕山期閃長(cháng)巖隔水層，最大設計孔深達810 m。帷幕主要工作量包括：注漿孔270個(gè)，觀(guān)測孔30個(gè)，檢查孔34個(gè)，加密孔36個(gè)，各類(lèi)鉆孔共計370個(gè)，總進(jìn)尺201 906延米，注漿段全長(cháng)126 674延米。礦體帷幕形成后對礦山安全生產(chǎn)發(fā)揮了重大作用，有效防止了礦坑突涌水事故的發(fā)生。目前，礦山已基建完成，該帷幕注漿工程堵水效果良好，礦坑內排水量約為2 222 m3，礦坑內外形成較大的水位差，表明帷幕體堵水達到了預期效果。礦體周?chē)滤∧恍纬珊?，切斷了礦坑水與區域地下水80%的水力聯(lián)系。但是，在帷幕內疏干放水之前礦坑內仍然有大量的靜儲量，礦山建設過(guò)程中的部分井巷工程仍然面臨水患問(wèn)題。鑒于此，對重要的井巷工程采用了地面預注漿的技術(shù)手段來(lái)治理工作面涌水問(wèn)題，主要包括：豎井地面預注漿工程、溜破系統預注漿工程等，本文論述以溜破系統預注漿工程為例，治理目標為工作面涌水量≤10 m3/d。本溜破系統由溜井、破碎硐室和下部礦倉三部分組成，各個(gè)部分的注漿頂底板標高相差較大。由于破碎硐室和下部礦倉埋深較大，采用直孔鉆探施工會(huì )加大上部非注漿段的輔助鉆探工作量，致使成本增加。因此，采用直孔與“S型”定向分支孔相結合的方式進(jìn)行施工，即每個(gè)直孔分出兩個(gè)“S型”定向分支孔，注漿孔采用不等距的梅花形布孔方式，溜井部分孔距為6．5 m，破碎硐室與下部礦倉部分孔距為4．45～7．70 m，與破碎硐室部分孔距為4．88～7．50 m。共設計鉆孔18個(gè)，其中，溜井部分6個(gè)直孔，破碎硐室及下部礦倉部分布置3個(gè)直孔、5個(gè)分支孔，破碎硐室部分布置1個(gè)直孔、3個(gè)分支孔，設計鉆探工作量8 400 m，注漿量12 000 m3。目前，礦山溜破系統已完成掘砌工作，掘砌施工過(guò)程中工作面涌水量達到堵水治理目標，均小于10 m3/d。1.長(cháng)期抽排地下水引發(fā)的水文地質(zhì)問(wèn)題。（1）井下突水。一般來(lái)說(shuō)，突水的主要相關(guān)因素有水源、水壓、隔水層、地質(zhì)構造及采掘活動(dòng)。礦山發(fā)生過(guò)幾次大的突水，礦井排水引發(fā)的地面塌陷，導致河水倒灌，H20號突水點(diǎn)涌水量1 0000 m3/d左右，倒灌的地表水僅十幾小時(shí)即進(jìn)入礦井，給礦山井下生產(chǎn)帶來(lái)不安全因素。目前正開(kāi)采的東馬鞍山礦體，局部地段巖溶發(fā)育強烈，2 8線(xiàn)以東深部出水點(diǎn)涌水量大，仍然可能對礦井安全帶來(lái)影響。（2）地面塌陷。某銅礦為巖溶大水礦山，大量抽排地下水，導致礦區地面塌陷災害頻發(fā)。在地面塌陷治理工程實(shí)施前，累計發(fā)生巖溶塌陷1 00余起，塌陷引起損壞房屋幾十間，毀田數十畝。同時(shí)毀壞部分公路、河道，嚴重威脅當地百姓的安居樂(lè )業(yè)及工農業(yè)生產(chǎn)，對當地生態(tài)環(huán)境造成了一定程度的不良影響及破壞。消除地面巖溶塌陷的根本措施是減少地下水排放，礦區井下注漿堵水和地表河治理工程已使地面塌陷明顯減少。（3）破壞礦區地下水資源。礦坑排水降落漏斗，最遠的東南方向已達3km。礦坑中心水位已降至-340 m左右，地下水補、徑、排條件已發(fā)生了較大的變化。通過(guò)近幾年來(lái)的防治水工程施工，在不揭露大的涌水點(diǎn)的情況下，礦區疏干漏斗基本已保持穩定。同樣，鞍山礦體開(kāi)采若采用單一的井下排水方案，將使疏干漏斗繼續外擴，不僅產(chǎn)生大量的排水費用，而且將對礦區地下水資源造成嚴重破壞。2.巖溶地下水綜合治理工程。幾十年來(lái)，礦山在科研單位的配合下，進(jìn)行了大量的水文地質(zhì)調查和研究工作，基本掌握了礦區的水文地質(zhì)特征，特別是對礦區地下水流場(chǎng)變化、各含水層水力聯(lián)系、地表塌陷形成機理等進(jìn)行了深入研究，并實(shí)施了一系列有效的地下水綜合治理工程。（1）地表河流防滲工程。為消除地表河流對礦坑地下水的威脅，對與礦坑水力聯(lián)系強的馬山口淺部通道，綜合采取人工河渠與塌陷區靜壓注漿相結合的方案。在馬山口修建了一條簡(jiǎn)易防滲河渠渡槽，對馬山口塌陷區采取靜壓注漿的措施消除通道。（2）塌陷回填注漿及農田復墾。為防止地面塌陷造成與礦坑地下水的直接聯(lián)系，對地面塌陷進(jìn)行埋管回填注漿。在回填碎石過(guò)程中間斷插入注漿花管。填完后，再用水泥漿或水泥尾砂漿對塌洞下部進(jìn)行注漿封堵，以形成一個(gè)堅硬致密的整體，提高回填體的抗滲性及抗剪強度，從而防止地表水入滲和塌洞復活。（3）井下注漿堵水。根據井下出水點(diǎn)的出水層位和水量大小，采取堵、疏、避相結合的綜合防治措施。對于井下水量大、泥沙含量高或對生產(chǎn)構成嚴重影響的常年性涌水點(diǎn)，采取封堵的措施。如-2 80 m中段2號沿出水點(diǎn)，最大出水量達1 0000 m3/d，已被隔水墻封堵。3.地下水綜合治理后礦坑涌水量變化，不論開(kāi)采水平、涌水點(diǎn)如何變化，礦井總涌水量始終在6 000~1 3 000 m3/d內波動(dòng)。由于井下注漿工程的影響，總涌水量有逐漸下降的趨勢。同樣受井下注漿工程及地表治水工程的影響，200 9年7月以后總涌水量也呈下降的趨勢，且礦坑最大涌水量峰值下降明顯。因此，只要不出現塌陷河水倒灌及井下大量注漿封堵的情況，礦井穩定涌水量基本會(huì )保持在6 000~1 3 000 m3/d內波動(dòng)，如采取了有效的注漿堵水措施，就可控制或減少礦井涌水量，確保安全生產(chǎn)，不引發(fā)大的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。目前，由于-700 m水平至-7 6 0 m水平探礦巷直接在灰巖含水層中施工，20線(xiàn)以東特別在2 8線(xiàn)到3 2線(xiàn)附近所揭露含水層裂隙普遍有水，涌水量較大，現階段水平探礦巷道施工采用深孔和淺孔結合的方式探水預注漿，先探后掘，巷道施工較為緩慢，但注漿堵水效果較好，使得巷道施工得以順利進(jìn)行。其中探礦孔的施工也不同程度的遇到涌水的問(wèn)題，也采用了注漿堵水后繼續鉆進(jìn)的方法。大量巷道探水孔以及探礦孔遇水則堵，在該區域內注入了大量水泥漿液，改變了微觀(guān)水文地質(zhì)條件，從而使涌水點(diǎn)向深部和東部轉移。
總之，鐵礦開(kāi)采過(guò)程中通過(guò)采用帷幕注漿、井巷工程防治水、礦坑水回灌等技術(shù)手段，不僅實(shí)現了綠色環(huán)保、可持續發(fā)展的治水之路，還為類(lèi)似條件下的水患礦山開(kāi)采提供了防水、治水、綜合利用地下水工程的借鑒。
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