某露天銅礦集水倉(cāng)清淤及新水平開拓方法探討

何慕平，徐 威

（江西銅業(yè)公司城門山銅礦，江西 九江 332100）

某露天銅礦是一座已探明的以銅硫?yàn)橹鳌樯疸y的大型露天銅礦，礦石儲(chǔ)量達(dá)2.2億t，目前二期日處理量達(dá)7000t/d。該銅礦地處亞熱帶濕熱氣候區(qū)，濕潤(rùn)多雨，年平均降雨量1420mm，最大降雨量2165.7mm。礦區(qū)三面環(huán)湖，礦體賦存位置從平面看，部分礦體位于湖區(qū)，從垂向看，絕大部分礦體在侵蝕基準(zhǔn)面（湖岸線：標(biāo)高14m）以下。礦巖松軟、破碎，地表水體發(fā)育、地下涌水量大，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜。

作為國(guó)內(nèi)少見三面環(huán)湖且工程水文地質(zhì)極為復(fù)雜的凹陷露天礦山，該礦每年集水倉(cāng)清淤及新水平開拓難度極大，能否按期清淤并進(jìn)行新水平開拓，是關(guān)系到礦山能否正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的重大問題。該礦山經(jīng)過(guò)多年的探索研究，總結(jié)出了一套高效率、低成本的集水倉(cāng)清淤和新水平開拓全新作業(yè)方式。

圖1 采區(qū)集水倉(cāng)現(xiàn)狀圖

1 集水池清淤及新水平開拓方案設(shè)計(jì)

1.1 方案背景

該礦集水倉(cāng)于2019年年底修筑完成，-94m以下可蓄水約9.81萬(wàn)m3。分南北兩個(gè)水倉(cāng)，北部水倉(cāng)最低修筑至-110m，南部水倉(cāng)最低修筑至-100m。截至今年7月底，南北兩個(gè)水倉(cāng)均有大量淤泥沉積，經(jīng)測(cè)量，南北兩個(gè)水倉(cāng)淤泥均沉積至-98m左右，兩個(gè)水倉(cāng)實(shí)際容積合計(jì)僅5.77萬(wàn)m3。

按十年一遇三日連續(xù)暴雨強(qiáng)度0.2151m/3d計(jì)算，需對(duì)集水倉(cāng)進(jìn)行擴(kuò)容，將南部-100m臺(tái)階下降至-112m臺(tái)階，水倉(cāng)擴(kuò)容至15.45萬(wàn)m3，以確保2020年順利度過(guò)汛期，同時(shí)也為了保證二級(jí)礦量充足，確保生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的延續(xù)性。

1.2 方案概述及設(shè)計(jì)

圖2 采區(qū)集水倉(cāng)清淤及新水平開拓設(shè)計(jì)圖

第一階段：南部水倉(cāng)先行進(jìn)行清淤，待靠東面清淤完畢后開始下溝，由-100m掘溝至-112m，靠西側(cè)的淤泥在道路修筑過(guò)程中與廢石搭配清理，提升清淤效率，下路及水倉(cāng)修筑過(guò)程中潛水泵持續(xù)跟進(jìn)排水。第二階段：待-100m至-112m道路修筑完成后，開始進(jìn)行-112m水倉(cāng)開拓；水倉(cāng)靠南側(cè)預(yù)留6m至10m安全平臺(tái)，便于挖機(jī)排水和阻擋南部擴(kuò)幫爆堆入坑；水倉(cāng)邊坡坡度均按60°修筑。第三階段：待南部-112m水倉(cāng)形成后開始蓄水，水位上漲至-94m左右時(shí)將浮閥從北部水倉(cāng)漂移至南部水倉(cāng)，之后恢復(fù)排水，將南部水倉(cāng)水位降低至-100m以下，北部水倉(cāng)蓄水導(dǎo)往南部水倉(cāng)，并著手北部水倉(cāng)清淤，同時(shí)著手在-82m以上臺(tái)階挖掘沉砂池并定期清理，讓水經(jīng)過(guò)沉砂池后流入北部水倉(cāng)最終匯集在南部水倉(cāng)抽排，以減少淤泥下水倉(cāng)。

2 施工過(guò)程中存在的困難及亮點(diǎn)做法

2.1 施工過(guò)程中存在困難

下水倉(cāng)清淤及擴(kuò)幫分為三個(gè)階段，每個(gè)階段均存在難點(diǎn)。

第一階段難點(diǎn)：①坑底穿孔透水量大，容易塌孔，需盡可能采取現(xiàn)穿現(xiàn)爆模式。②掘溝爆破效果難以保證，下路過(guò)程容易出現(xiàn)根底，需反向孔持續(xù)跟進(jìn)。③下路過(guò)程中透水量大，需架設(shè)潛水泵及時(shí)排水。

第二階段難點(diǎn)：水倉(cāng)修筑過(guò)程中工作面較為狹窄，設(shè)備運(yùn)行需做好監(jiān)護(hù)，確保作業(yè)安全。

第三階段難點(diǎn)：①浮閥移位需南北兩個(gè)水倉(cāng)水位持平，且水位需在-94m左右，浮閥移位過(guò)程難度大。②北面水倉(cāng)淤泥積壓較多，且靠西側(cè)水倉(cāng)底板反挖至-110m，道路不通，需要邊清淤邊鋪墊，清淤過(guò)程難度大。

圖3 采區(qū)集水倉(cāng)清淤現(xiàn)場(chǎng)圖

2.2 施工過(guò)程中主要亮點(diǎn)做法

集水倉(cāng)南部水倉(cāng)清淤及新水平開拓工程總體較為順利，主要有以下亮點(diǎn)工作：

（1）清淤及下溝前，通過(guò)充分探討確定了下溝設(shè)計(jì)方案，尤其是南部水倉(cāng)，確定了通過(guò)環(huán)形下路方式減緩下路坡度，增大-110m開拓作業(yè)空間的下溝方案。

（2）采用先行清理部分淤泥騰挪出鉆機(jī)穿孔作業(yè)面的方式，為下溝做好前期準(zhǔn)備，剩余淤泥在掘溝過(guò)程中與廢石搭配清理，大大增加了清淤效率。

（3）環(huán)形下路為構(gòu)建臨時(shí)排水系統(tǒng)提供了便利，通過(guò)在邊坡下修建排水線路通道的方式，使得排水系統(tǒng)完全不影響正常采剝，同時(shí)又能在最低點(diǎn)修筑集水池，及時(shí)排干工作面積水，提高了下溝效率。

集水倉(cāng)北部水倉(cāng)清淤難度較大，但通過(guò)全場(chǎng)上下努力，圓滿完成了清淤工作，其中主要有以下亮點(diǎn)：

（1）在北部水倉(cāng)淤泥含水量大，無(wú)法通過(guò)常規(guī)方式濾干的不利因素下，全場(chǎng)上下集思廣益，及時(shí)調(diào)整，采取了爆破周邊-94m平臺(tái)廢石以及檢修通道部分廢石，利用廢石鋪路，并將廢石與淤泥混合的“置換法”清淤，加快了清淤效率。

（2）在排水方面，因前期淤泥含水量較大，無(wú)法形成正規(guī)的排水系統(tǒng)，采用先行清理潛水泵區(qū)域淤泥、掏坑架泵的方式搭建排水系統(tǒng)，為下一步清淤打下了基礎(chǔ)。

浮閥移位及排水管線架設(shè)過(guò)程較為順利，主要亮點(diǎn)有：在設(shè)計(jì)方案中通過(guò)對(duì)比往年移浮閥經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定了在南部水倉(cāng)開拓完成后通過(guò)蓄水使得南北兩個(gè)水倉(cāng)水位上漲至-98m左右，然后將浮閥牽引漂移至南部水倉(cāng)。

3 總結(jié)

該礦在集水池清淤及新水平開拓過(guò)程中總結(jié)了諸多創(chuàng)新的作業(yè)方法，經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證效果良好，對(duì)于其他水文、地質(zhì)條件復(fù)雜的同類礦山具有一定的借鑒意義，具體的創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下：

（1）清淤及下溝的主要難點(diǎn)在于治水，南部水倉(cāng)清淤及下溝能夠順利完成，主要原因在于通過(guò)掘溝修筑低水平集水池，將涌水及時(shí)排出了作業(yè)面，同時(shí)將采區(qū)所有地表匯水導(dǎo)往了北部水倉(cāng)，從而加快了清淤及下溝效率。而北部水倉(cāng)因不具備修筑低水平集水池客觀條件，地下涌水無(wú)法集中排出，同時(shí)-94m平臺(tái)滲水無(wú)法避免的不斷流往北部水倉(cāng)，使得北部水倉(cāng)淤泥含水量一直處于高位，加大了清淤難度。

（2）清淤過(guò)程中應(yīng)充分利用周邊廢石，用于鋪墊道路或者與淤泥混合，可加快清淤效率。

（3）清淤及下溝過(guò)程中可充分考慮排水線路鋪設(shè)問題，合理鋪設(shè)排水線路可提升排水效率，如上述南部水倉(cāng)下溝過(guò)程中在坡底修筑了臨時(shí)排水線路通道方便管線鋪設(shè)，提高了排水效率。

（4）清淤及下溝工程是一項(xiàng)綜合性工程，在工程推進(jìn)過(guò)程中可充分考慮各項(xiàng)工程開展順序，盡量使得前后工程銜接緊密，無(wú)關(guān)聯(lián)工程同時(shí)開展，如上述1#坑泄水工程和10#坑蓄水工程同時(shí)開展，浮閥移位和北部管線移位未能同時(shí)開展等。

（5）清淤過(guò)程出現(xiàn)問題時(shí)可大膽思考，考慮創(chuàng)新性的清淤模式，在清淤過(guò)程中，我場(chǎng)試用了聚丙烯酰胺澄清集水池污水、吸污車清理高含水量淤泥、投放高分子吸水樹脂固結(jié)含水量高淤泥等方式，均取得了一定的成效，為來(lái)年開創(chuàng)科學(xué)、高效清淤模式提供了思路。