金堆城采矿场北部边坡渗水治理方案研究

曹 红

(金堆城钼业股份有限公司，陕西 华县 714102)

0 前言

金堆城露天采矿场北部经扩帮采挖后，已开挖至高程1 080 m，形成了东西长约650 m，高150 ～270 m，各台阶坡面角约69°、整体边坡角约40°的人工高陡边坡。由于受燕门凹断裂带的影响，北部边坡岩体松散破碎，中强风化，力学强度低下，节理裂隙发育，工程性质极差。北部边坡又长期受到地下水的破坏影响，导致整个边坡稳定性较差，现已出现滑落、垮塌等变形破坏现象，很多地段形成了一面坡的地貌特征。

整个边坡在高程1 160 m 以上，因地下水的渗出使坡面上出现了多处大的渗水点。这些渗水点的径流水对边坡具有不断地冲刷、软化、溶蚀等变形破坏作用。根据对现场渗水点分布情况及渗流量的长期监测，发现地下水的破坏作用是影响北部边坡稳定性的主要因素之一。为保证边坡的长久稳定，需要对北部边坡在查明渗水原因及渗水分布情况的基础上，采取合理有效的措施，进行渗水治理方案研究，进而确保矿山的安全生产。

1 采矿场北部水文地质条件与特征

采矿场北部出露的岩石曾受到了多次构造应力作用，造成的变形破坏强烈而又复杂，岩石呈碎裂至散体状结构，其完整性极差。劈理化安山玢岩、构造角砾岩、构造碎裂岩和花岗斑岩是构成北部边坡的主要岩性。该岩性发育的风化裂隙、构造裂隙和断裂破碎带中赋存有地下水，地下水直接受降雨补给。

该地下水赋存条件与动态变化特征为:大气降水直接或形成地表水沿着各种裂隙下渗进入地下，形成了上层第四系潜水和下层基岩裂隙潜水，地下水位北高南低，总体流向沿边坡向矿坑渗流。该地下水动态特征为雨水型，其流量和水位随季节及降雨量的变化而变化，降雨量越大，降雨持续天数越长，地下裂隙水水位上升就越快。

基岩裂隙潜水一部分通过渗流流入到地下，因地下水沿裂隙运动过程中产生的循环运动，使得该区基岩地下水的水力特性主要为承压性质;另一部分将在不同岩性接触带有利的地貌部位，例如边坡面裂隙处以下降泉或渗流等方式溢出地表，流入矿坑，且渗流量也随季节及降雨量的变化而变化。这部分渗流水对边坡的稳定性影响较大，其渗水点位于北部边坡中下部张性角砾岩带内，张性角砾岩为透水层，压扭性角砾岩为隔水层，基岩裂隙水在透水层内潜流，碰到隔水层后就以泉水的形式排泄出来。

2 北部边坡渗水现状

目前，北部边坡主要在1 250 m 平台沿边坡底脚处从东向西修筑有一条拦截排水渠，能够拦截上部径流下来的地表水和边坡渗流出来的地下径流水，减少了水应力作用对边坡局部的变形破坏影响，保护了边坡的稳定性。但在1 250 m 平台以下的边坡因未能采取疏导地下水的有效措施，导致在标高1 160 ～1 250 m 边坡上出现了多处分布的渗水点(渗水点最低位置为标高1 160 m ，见图1)。通过现场勘查与长期实测，已查明北部边坡东部1#～3#山头(见图2)下方和西部7#～8#山头(见图2)下方1 160 ～1 250 m 边坡面上的渗水点较少，渗流量不大，流量一般为0.187 ～2.252 L/s;北部边坡中部3#～7#山头下方1 160 ～1 250 m 边坡面上的渗水点密集，各渗流量变化较大，流量一般为1.213 ～8.916 L/s。这些大的渗水点常年向外渗水不断地冲刷坡面，形成了多处冲沟、节理裂隙，加剧了边坡岩体的滑落、垮塌，使局部边坡处于极不稳定状态。常此以往，势必将对北部边坡整体稳定性造成严重的地质灾害。

图1 北部边坡主要渗水位置

3 北部边坡渗水治理方案研究

3.1 渗水治理方案确定依据

根据北部边坡岩体岩性结构、边坡形态特征、地下水赋存条件与动态变化特征、渗水原因及渗水分布情况等的综合分析，在标高1 160 m 处的压扭性角砾岩是隔水层，受它的影响，地下水不能正常排泄出来，就在1 160 m 以上边坡内不断径流或沿坡面裂隙渗流出来，对边坡进行溶蚀、软化、冲刷，从而影响边坡的稳定性。根据水文地质手册中边坡渗水治理有关要求，当岩层渗透系数k ＞1 ×10－6cm/s 时，对岩体内的地下水疏干采用重力疏干法效果较好。

依据金堆城露天采矿场北部有关水文地质钻孔抽水试验资料，了解到该北部边坡岩层中基岩裂隙潜水的富水性和透水性都很微弱，流量一般为0.009～0.115 L/s，渗透系数k 为7.3 ×10－6～9.4 ×10－6cm/s ＞1 ×10－6cm/s。故可以采用重力疏干法，沿标高1 160 m 平台边坡坡脚处的合适位置打入垂直于边坡走向的近似水平排水孔，在孔内装入滤水管，将边坡内部的地下水分别集中疏导引出，减少或杜绝边坡面向外渗水的治理方案，以减少地下水对边坡的破坏影响，从而达到间接加固边坡稳定的目的。

3.2 渗水治理方案设计

根据以上确定的渗水治理方案，结合北部边坡形态及渗水现状，采取合理有效的具体实施措施进行设计，现场设计见图2。

图2 采矿场北部边坡渗水治理方案现场设计示意图

3.2.1 新平台与排水渠设计

按照上述分析，首先需在北部边坡标高1 160 m处，沿边坡走向修建5 m 宽的新平台，并在平台上沿边坡坡脚处修筑总长800 m，上宽1.5 m×下宽1.2 m×深1 m 的拦截排水渠，用以拦截边坡上部地表径流水及将来的排水孔渗流水。

3.2.2 近似水平排水孔深度设计

采矿场北部1 160 ～1 250 m 之间边坡垂直高度为90 m。依据水文地质手册中排水孔设计要求，水平孔深应达到需治理边坡垂直高度的一半以上，可设计近似水平排水孔的深度至少为45 m，且在孔内装入相应长的滤水管。

3.2.3 滤水管设计

为防止滤水管被围岩挤压破裂、生锈及滤水效果差等因素的影响，滤水管应采用U－PVC 高效滤水管。高效滤水管是一种由U－PVC 骨架管及滤布筒组成的新型过滤器，它具有耐腐蚀、不堵塞、寿命长、价格低、不涌砂等特点，可广泛使用于各种水文地质条件下的供水、疏干、观测等水井工程。因采矿场北部边坡排水孔深度设计为45 m，滤水管伸出孔外1 ～2 m，故滤水管一根总长度宜设计为46 ～47 m。

3.2.4 排水孔施工方案设计

依据北部边坡岩体岩性结构性质、地质构造特点、现场边坡渗流情况的勘查和排水孔设计的一般原则，近似水平排水孔现场施工方案设计如下:

(1)孔间距。1#～3#山头下方和7#～8#山头下方的1 160 ～1 250 m 之间边坡面上的渗水点较少且渗流量较小，可设计在该边坡区段范围内沿1 160 m平台坡脚处分布的排水孔间距为15 m;3#～7#山头下方的1 160 ～1 250 m 边坡属于地下水渗流密集且渗流量较大地带，可设计在该边坡区段范围内沿1 160 m平台坡脚处分布的排水孔间距为10 m。所有排水孔设置沿边坡坡脚处呈扇形展布。

(2)孔径。露天矿现有打孔工具成孔的孔径只有107 mm，那么滤水管管径宜采用为75 ～90 mm，单根长度为6 m。

(3)孔倾角。倾角一般采用3° ～5°仰角，打孔时应沿近似垂直边坡方向打入边坡以内。

北部边坡水平排水孔设计数据参见表1。

4 结论及建议

金堆城露天采矿场北部已扩帮到1080 平盘，所形成的高陡边坡为永久边坡，它的长久稳定性直接关系到采矿场的安全生产。影响北部边坡稳定性的因素，除与构成该边坡的岩性结构性质、地质构造特点、边坡形态特征等影响因素外，边坡内地下水对边坡溶蚀、软化、渗出冲刷也是影响北部边坡稳定性的主要因素之一。因此，采用以上边坡渗水治理方案，并为保证该方案得以成功实施进行设计，所采取的合理有效措施，能够将边坡地下水疏干引出，减少或杜绝边坡面向外渗水对边坡的破坏影响，从而达到了间接加固边坡稳定的目的。

表1 近似水平排水孔设计参数统计表

要充分发挥排水孔对地下水的疏干作用，建议如下:

(1)还必须先对边坡进行相应的防护加固措施处理，防止因边坡的剥落、溜坍、崩塌等变形破坏，进而破坏排水孔设施;

(2)现场施工时，应尽量将水平排水孔在坡脚处沿垂直于边坡走向打入。

［1］ 刘正峰.水文地质手册［M］. 长春:银声音像出版社，2005.

［2］ 商连勇，朱晓萍.露天矿边坡治理综述［J］.矿业工程，2005，(4).