一种岩溶富水金属矿床顶板单层控制疏干方法与流程

本发明涉及矿床顶板单层控制疏干，尤其涉及一种岩溶富水金属矿床顶板单层控制疏干方法。

背景技术：

1、矿体本身或顶板是含水层的岩溶大水矿山采掘诱发的突水灾害严重威胁着生产和矿工生命安全。以疏干为主的治水方法，目前金属矿山应用最多，也是成功的一种方法，它是将含水层中地下水排出，使水位降至采矿水平以下，消除水患，进行采矿的方法，主要采用地面疏干、井下疏干、地面井下联合疏干三种可采取的防治水方案。

2、地面疏干：在基建工程建设前期，在矿床周边地面施工众多专用的疏水钻孔，钻孔深度超过采矿中段，孔内下置深井泵抽水，并要求地下水位降至采矿中段以下，再开始进行采矿工程。该方案工艺简单，但钻孔施工成本高、管理困难、长期排水费用较高。

3、井下疏干：基建阶段主要采取预注浆的措施进行地下水的防治，保证巷道的掘进，在井下排水系统形成后，再施工专门的疏水巷道、疏水孔等疏干工程，待地下水位降到采矿中段以下时，再进行采矿作业。该方案工艺简单、井下排水工程管理方便，但由于排水扬程较大，长期排水费用较高。

4、联合疏干：即地面与井下相结合进行疏干，一般是前期采用地面降水孔进行排水，一方面保证井筒工程的顺利掘进，另一方面排除含水层大量静贮量，节省后期井下排水时间；后期再以井下疏干工程为主进行地下水的疏放。该方案工艺简单、兼顾了井筒工程的掘进、井下排水工程管理方便，但疏水工程成本较高、地面工程管理困难，长期排水费用较高。

5、以上三种方法矿坑排水量巨大(赞比亚孔科拉铜矿35万m3/d，谦比希铜矿6万m3/d，刚果金金川国际穆松尼矿4万m3/d，金盛达矿5万m3/d)，排水费用高昂，疏干时间长，且在某些特殊的矿山如非洲赞比亚、刚果金等地电力限制，存在停电导致矿山淹井事故隐患。由此可以看出，传统的疏干方案在矿山地下水环境治理中成本高、可控性差，且没有很好地利用有利的水文地质结构。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种在保证采矿安全的前提下，控制性疏排地下水，尽量不排、少排或晚排地下水，达到预防突水淹井、减少排水费用、保护地下水资源及控制地面塌陷目的的岩溶富水金属矿床顶板单层控制疏干方法。

2、本发明提供的这种岩溶富水金属矿床顶板单层控制疏干方法，包括如下步骤：

3、s1、顶板水文地质条件勘探

4、进行矿山水文地质及工程地质的勘探，查明矿床水文地质特征，确定矿床上侧第一隔水层及下侧第二隔水层的位置和构成，确定第一隔水层上侧浅部含水层的位置和构成，确定矿床下部矿体的位置和构成，明确矿床上部顶板含水层垂向上存在的差异，确定导通浅部含水层和顶板含水层的构造裂隙带及导水断层的位置和构成，预判采动覆岩破坏的高度；

5、s2、对构造裂隙带及导水断层进行钻孔注浆

6、利用基建阶段留下的开拓巷道，采用深孔钻机向第一隔水层内的构造裂隙带及导水断层施工呈丛状或扇形分布的注浆孔，将注浆加固材料通过高压注入到由注浆孔揭露的构造裂隙带和导水断层中；

7、s3、留设防水矿柱，对构造裂隙带及导水断层进行避水

8、根据步骤s1中的数据，通过超前区域探查，在与导水断层或构造裂隙带直接接触的矿体旁侧留设防水矿柱，对矿体上部或旁侧的构造裂隙带及导水断层进行避让，保障顶板含水层下或旁侧矿体开采的安全；

9、s4、进行采场疏干

10、对顶板含水层，采用放水孔对开拓影响范围以外的侧向补给及开拓范围内的垂向补给进行超前疏干或截流；

11、s5、采用充填法采矿。

12、在所述步骤s4中，进行采场疏干的具体步骤如下：在各中段矿体上盘的开拓巷道中施工疏干硐室，然后在疏干硐室内利用深孔钻机向顶板含水层施工呈丛状或扇形分布的放水孔，各放水孔均为仰角布置，在放水孔的孔口安装高压阀门，当单孔涌水量大于50m3/h时采用注浆堵水封堵；当单孔涌水量小于50m3/h时利用高压阀门控制放水，同时控制各中段的涌水量不得大于矿山井下排水量，并适当的留有一定的安全排水余量。

13、根据开拓工程揭露情况分析含矿层的富水性规律，按照50m的间距布设疏干硐室。

14、每个疏干硐室布设3个放水孔，放水孔的钻孔开孔直径为φ108mm、终孔直径为φ91mm。

15、在所述步骤s2中，注浆加固材料由水泥和黏土混合而成。

16、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

17、1、通过注浆，增加导水岩体的整体性，增大岩体抗渗水力坡度，将顶板含水层和浅部含水层之间改造形成稳定的隔水层，人为从整体上造成两层水，达到保护矿区水资源、防止地面塌陷等目的。

18、2、通过在矿体内留设防水矿柱，对上部或旁侧顶板含水层进行避让，保障顶板含水层下或旁侧开采的安全；从而降低矿坑涌水量、控制地面沉降范围。

19、3、构造裂隙带及导水断层沟通顶板含水层瞬间，开口处水头压力陡降至0，水力坡度激增，导致突水，而采用放水孔可在开采前降低顶板含水层的初始水头，从而降低裂隙和岩溶沟通后的实际水力坡度，避免突水事故的发生。

20、4、采用充填开采方法可以减轻或消除垮落带，并且大幅度地降低构造裂隙带及导水断层高度；还可以减轻对耕地和地面建构筑物的损坏，又有较好的环境效益；限制采高可以减轻对覆岩的破坏，以保留合理尺寸的保护层，防止突水。

21、本发明是通过采用超前区域探查和注浆治理措施以封堵上下含水层沟通的导水通道，合理避开构造含水带，最终达到控制疏干，带压开采的目的，实施后就可以达到主动防控水害的目的且不破坏浅部含水层地下水资源，保护了水资源。

22、本发明主要是利用隔水层的天然阻隔作用，结合注浆改造及疏降水的主动防控措施抑制灾变的发生，使得水压无法突破如注浆帷幕的人工阻隔，或者在促成新的平衡状态下，水压释放不能造成破坏，从而做到对地下水的有效控制，非常适用于矿床水文地质条件较复杂、含水层(带)结构在空间上存在一定差异性的情况。

技术特征：

1.一种岩溶富水金属矿床顶板单层控制疏干方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的岩溶富水金属矿床顶板单层控制疏干方法，其特征在于，在所述步骤s4中，进行采场疏干的具体步骤如下：在各中段矿体上盘的开拓巷道中施工疏干硐室(11)，然后在疏干硐室内利用深孔钻机向顶板含水层施工呈丛状或扇形分布的放水孔(12)，各放水孔均为仰角布置，在放水孔的孔口安装高压阀门，当单孔涌水量大于50m3/h时采用注浆堵水封堵；当单孔涌水量小于50m3/h时利用高压阀门控制放水，同时控制各中段的涌水量不得大于矿山井下排水量，并适当的留有一定的安全排水余量。

3.根据权利要求2所述的岩溶富水金属矿床顶板单层控制疏干方法，其特征在于：根据开拓工程揭露情况分析含矿层的富水性规律，按照50m的间距布设疏干硐室。

4.根据权利要求2所述的岩溶富水金属矿床顶板单层控制疏干方法，其特征在于：每个疏干硐室布设3个放水孔，放水孔的钻孔开孔直径为φ108mm、终孔直径为φ91mm。

5.根据权利要求1所述的岩溶富水金属矿床顶板单层控制疏干方法，其特征在于，在所述步骤s2中，注浆加固材料由水泥和黏土混合而成。

技术总结
本发明公开了一种岩溶富水金属矿床顶板单层控制疏干方法，包括S1、顶板水文地质条件勘探；S2、对构造裂隙带及导水断层进行钻孔注浆；S3、留设防水矿柱，对构造裂隙带及导水断层进行避水；S4、进行采场疏干；S5、采用充填法采矿。本发明利用隔水层的天然阻隔作用，结合注浆改造及疏降水的主动防控措施抑制灾变的发生，使得水压无法突破如注浆帷幕的人工阻隔，或者在促成新的平衡状态下，水压释放不能造成破坏，从而做到对地下水的有效控制，非常适用于矿床水文地质条件较复杂、含水层(带)结构在空间上存在一定差异性的情况。

技术研发人员：王亮,刘超,张帅,祁赟朴,宋章伦,杨柱,高超,谢世平,滕龙
受保护的技术使用者：北方矿业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16