露天采矿第06章__露天矿防水与排水工作

1、矿床露天开采第6章 露天矿防水与排水工作6.1 概述l6.1.1露天矿防水与排水工作的重要性露天矿的涌水来源：大气降水地表径流地下涌水l露天采场，特别是凹陷露天采场本身就相当于一口大井，从客观上它具备了汇集大气降水、地表径流和地下涌水的条件。因此，在露天矿的整个生产期间，甚至基建期间都要采取有效的防、排水措施。露天矿涌水对开采工作的影响和危害降低设备效率和使用寿命。如挖掘机在有水的工作面上作业时，其工作时问利用系数一般只达到正常时的 1/21/3、对于运输设备不仅降低效率而且威胁行车安全。水还增加了设备故障并降低使用寿命。 降低矿山工程下降速度。采场底部汇水受淹会降低掘沟速度，从而降低矿山工程

2、下降速度，给新水平的准备工作造成很大困难。 破坏边坡的稳定性。水是促使滑坡的一个主要因素，它能使岩体的内摩擦角和粘聚力等物理性能指标降低，从而削弱边坡岩体的抗剪强度。l6.1.2露天矿涌水的影响因素l自然因素l气候条件、地表水体、地形条件、岩石结构和地质构造l人为因素l气候条件：大气降水的渗透是地下水获得补给的主要来源，而蒸发又是潜水的主要排泄方式之一，所以气候对地下水的水量大小；水位高低有直接的影响。在气候条件中又以降水量和蒸发量对地下水的影响最大。气候条件具有较强的地区特征，从而决定了矿床的含水性不仅具有季节性的特征，而且也有明显的区域性特征。 l地表水体：地表水体和地下水在一定条件下可以

3、互相转化和补给，两者之间有着密切联系。因此，在地表水水网密度大的地区建设矿山时，必须查明地表水体与矿体之间的水力联系情况，特别是在裂隙发育、透水性较好的岩层中，地表水体很可能成为矿山涌水的水源。 l地形条件：地形影响到地下水的循环条件和含水岩层埋藏的深度。一般在地形切割较为剧烈的地区，地表径流量大而地下径流量小；反之，在地形比较平缓的地区，地表径流量小，而地下径流量大，地下水比较充沛，矿床的充水量比较大，而且比较稳定。 岩石结构：岩石结构致密、节理裂隙不发育时，其透水性很弱，不易充水，甚至隔水；反之，透水性就较强，充水量也较大。岩石中的孔隙不仅是大气降水和地表水补给的通路，而且往往也是汇集和贮

4、存地下水的场所。 地形构造：岩石的产状和揩皱、断层等构造也影响地下水的静贮量，有时还构成地表水与地下水之间的水力联系。如断层破碎带是地下水的导水通路，也经常是矿山涌水的渠道，但是由压应力形成的断层，由于破碎的岩块被挤压成粉状并胶结十分紧密，以至透水性很低甚至隔水，形成自然的隔水帷幕。露天矿涌水人为因素对防、排水工作的重要性认识不足，或不掌握矿山的水文地质资料，不采取有效的防、排水措施等，往往容易导致突然涌水，引起不必要的损失。由于开采工作的错误而打通了含水层，使矿山涌水突然增大。对边坡参数确定不合理或维护不善，发生大面积滑坡时，容易诱发涌水，甚至造成滑坡与涌水之间的相互诱发废弃的矿坑常有大量积

5、水，当排水工作停止后，废坑内的积水水位将会上涨。这种水源一旦与采场沟通，在一瞬间就会以很大的水压和水量突然涌人采场。 地质勘探工作结束后，必须用粘土或水泥将钻孔封死，否则，未封闭或封闭不严的钻孔一经开采就成为沟通含水层和地表水的通路，将水引人作业区。6.2 露天矿防水l露天矿防水工作的目的在于防止地表水和地下水涌入采场。l防水的措施很多，其中矿床疏干就是一项防止地下涌水比较全面而彻底的防水方法。l防水工作必须贯彻以防为主，防排结合的原则，并应与排水、疏干统筹安排。l地面防水措施C截水沟C河流改造C调洪水库C拦河护堤l地下涌水防治E探水钻孔E防水墙和防水门E防水矿柱E防渗帷幕 截水沟：截水沟的作

6、用是截断从山坡流向采场的地表径流。当矿区降水量大，四周地形又较陡时，截水沟还必须起到拦截、疏引暴雨山洪的作用。以防洪为目的的截水沟必须设在开采境界以外，对经拦截而剩余的洪水量和正常时期的地表径流量可设第二道截水沟拦截。第二道截水沟可根据地形、水量、边坡的稳定性等具体条件，设在境界外或境界内。 设在境界外的截水沟应按防渗和保护边坡等要求决定其具体位置。境界内的截水沟就设在台阶的平台上。 截水沟的断面多采用梯形，其断面大小按流量和允许流速确定。截水沟的排泄口与河流交汇时，要与河流的流水方向相适应，并使沟底的标高在河水的正常水位之上，其目的是为了减少截水沟的排泄阻力和防止河流冲刷、倒灌。 河流改造：

7、当河流穿过露天开采境界，或境界外河流与采场地下水有补给关系，用其它防、排水措施无效时，应将河流改道迁移。河流改造是比较复杂的工作，需要较大的投资。因此，应将是否进行河流改造与境界圈定问题一同进行全面的技术经济分析比较。调洪水库：季节性的小型地表水流横穿开采境界时，除采取改道方式外，还可在上流利用地形修筑小型调洪水库截留，其主要作用是拦截和贮存洪水，并设有排洪渠泄洪。调洪水库的坝底高度为：式中：H坝体高度，m：h0最高洪水位水深，m；h1波浪浪高，m；h2安全超高，m，一般为0.30.5m；h波浪爬坡高度，m。拦河护堤：当开采境界四周的地面标高与附近河流、湖泊的岸边标高相差很小，甚至低于岸边标高

8、时，应在岸边修筑拦河护堤，其作用是预防洪水上涨时灌入采场。地下涌水防治地下涌水防治地下涌水防治工作的正确与否首先取决于对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矿床疏干，以下措施可运用于一些特殊情况。(1)探水钻孔：“有疑必探，先探后采”是防止地下涌水的正确原则，尤其是对有地下采空区与溶洞分布时，应预先打探水钻孔，探明地下水源状况，以便采取相应措施，避免忽然涌水，造成损失。(2)防水墙和防水门：采用地下井巷排水或疏干的露天矿，必须在地下水泵房设防水门。对于不能利用的地下旧巷道，应设防水墙，使之与地下排水或疏干巷道相隔离。(3)防水矿柱：当露天矿采掘工作或地下排水

9、巷道接近积水采空区、溶洞或其它自然水体时，可留有防水矿柱，并划出安全采掘边界。防水矿柱可以防止突然涌水事故，但不能完全阻止渗透。(4)防渗帷幕：防渗帷幕防水是在开采境界以外，在地下水流向采场的通道上，设置若干个保有一定距离的注浆钻孔，并依靠浆液在岩缝中的扩散、凝结组成一道挡水隔墙，此挡水围墙即所谓防渗帷幕。防渗帷幕主要适用于：地下水动流量大、服务年限长的矿山；矿区有良好的水文地质边界条件，地下水通向开采境界的进口较窄；采用疏干排水会导致地表下沉，毁坏农田及建筑物的矿区；矿区附近有大型地表水体，并强烈的向矿区补给地下水时。6.3 露天矿排水l排水是排除矿坑涌水所采取的方法和设施的总称l6.3.1

10、露天采场排水量计算l露大采场的水量组成Z地下水涌水量地下水涌水量按水文地质条件计算Z降雨径流量降雨径流量是降雨经自然下渗后积存在地面上的水量。降雨径流量的大小分别按正常降雨量和设计暴雨频率的暴雨径流量计算.l正常降雨径流量是按历年的雨季的平均降雨量计算:FHQ 式中：Q正常降雨径流量，m3/d；F采场汇水面积，m2；H统计年份中的历年雨季日平均降雨量，m/d；正常降雨的地表径流系数，无实测资料时可从设计手册中查得。l设计暴雨频率的暴雨径流量是按一定的暴雨频率计算出来的最大降雨径流量ppFHQ 式中：Qp设计频率的暴雨径流量，m3/d；Hp统计年份中，设计暴雨频率的日降雨量，m/d；1暴雨地表径

11、流系数，无实测资料时可从设计手册中查得。暴雨是指历史短、雨量大的降雨。暴雨频率是指等于或超过某一指定暴雨量的发生机会，并以百分数表示。如暴雨频率p=5%时，就表示在悠久的年代中，平均每100 个暴雨数据中就有5 个等于或超过某指定暴雨量，也可以说该暴雨量平均每20 年一遇。但对此绝不可误解为每20 年中必有一遇或仅有一遇。6.3.2 暴雨贮排平衡l降雨径流量的波动与排水设备的相对固定是露天矿排水的基本矛盾，两者间的差额就需用贮水池来平衡。贮水池的合理容量取决于设计暴雨频率和水泵排除积水所需的时间（历时）。 贮水池的合理容积可按下图用图解法确定。图中径流量（降雨径流量与地下水渗入量之和）累积曲线

12、与水泵排水累积曲线的交点所对应的时间就是水泵将全部径流量排除的时间，在此之前两曲线间在纵坐标上的差值就是在不同时间内径流量超过排水量的部分。如果要保证露天坑底不受淹，则贮水池的容积应等于两曲线间纵坐标上的最大差值，但这个最大差值不是唯一的，当选择的排水时间改变时，该最大差值也随之改变。贮水池调节容积图解法贮水池调节容积图解法在确定贮水池容积时，还必须考虑到露天采场的允许淹没程度，允许淹没程度用允许淹没时间和允许淹没高度表示。当暴雨出现时，允许露天坑底贮水，短时间淹没最低工作台阶，排除该积水的期限即为允许淹没时间，一般为17 天。允许受淹高度应保证受淹后仍能使排水工作继续进行。当采用露天固定式或

13、半固定式水泵排水时，其允许淹没高度不应超过水泵的吸水高度；而对于移动式水泵、潜水泵、水泵船和地下固定式水泵，就不受淹没高度条件的限制。因此，按图中径流量超过排水量的最大水量，就应有贮水池和露天坑底允许受淹的贮水容积共同承担贮调作用。故允许淹没高度为：式中：H允许淹没高度，m；Q每日贮、排不能平衡的多余水量，m3；F排水工程与设备所能控制到的坑底汇水面积m2；Hx水泵吸水高度，m。6.3.3露天矿排水系统l露天矿排水方式：l露天排水（明排）l地下排水（暗排）l这两种排水方式的选择，不仅要对比它们的直接投资和排水经营费用，而且还需要考虑到它们对采矿工艺和设备效率的影响，以及由此而引起的对矿山总投资和总经营费的影响。 l排水系统是排水工程、管道、设备在空间的布置形式。露天矿的排水系统主要形式及其适用条件如下表。l 选择排水系统除考虑的因素排水方式选择矿区降雨情况水文地质条件、地形开采规模和服务年限采剥方法和矿岩种类用户