防水之家讯：1 项目概况
广州市越堡水泥有限公司为新广州水泥厂（GCPN）新建一条6000t/d熟料的水泥生产线。位于广东省广州市以北33km的花都区炭步镇乌茶布矿区青龙岗矿段石灰石矿，是该项目的主要矿石原料来源地。该项目的建设采用以FIDIC合同条款为基础的工程总承包的方式进行，目前工程即将交付业主使用。
本石灰石矿为典型的凹陷露天矿，由于2005年6月21日洪水对矿山造成了严重危害，业主非常重视此事，并会同南京凯盛水泥工业设计研究院相关设计人员就矿山防排水问题进行了讨论，同时踏勘了矿山防排水体系现场。由于矿山基建刚刚完成，生产也正在调试过程中，此次水淹对工厂生产未带来特别大的危害，但严重影响了矿山工作的顺利进行，为防患于未然，所以有必要对矿山防洪体系作一个全面的审视。
2 矿区地质简介
2.1 矿区自然地理概况
矿区处于低山丘陵与河流阶地平原交接处，属山前开阔地带。西部为华岭山脉，主峰海拔标高238.0米。矿区内分东西两分支小山岗，西部为青龙岗，东部为乌茶布。青龙岗最高点海拔标高为57.5米。中部开阔地带最低点海拔标高为1.6米，高差55.9米。区内平原地带多为鱼塘，少部分为稻田。中部有一自北往南贯穿全区的小涌沟。
矿区属亚热带季风性气候，高温多雨是本区气候特点。年最高气温38.1℃（7-8月份），1月份最低，约0.4℃，年平均气温21.7℃。雨量充沛，据花都区气象局1981-2001年气象资料统计，年总降雨量在1194.3～2403.7mm，年降雨天数最多165天（1998年），最少天数114天（1996年），降雨最少月份在11～2月。历年最大日降雨量为269.5mm(1997年5月8日)，多年降雨量日平均值为11.73mm。
2.2 矿区地质
乌茶布矿区出露地层由下而上为石炭系大塘阶石磴子组第三段（C1dsh3）和第四段（C1dsh4）、测水组（C1dc）、梓门桥组（C1dz）、中上石炭统壶天群（C2+3ht）、三叠系小坪组（T3xp）及第四系（Q）。青龙岗矿段位于矿区中部青龙岗、乌茶布山两条近南北向延伸的山包中间，出露地层主要为大塘阶测水组（C1dc）地层，乌茶布山分布梓门桥组（C1dz）地层，两山之间平坦地带出露地层主要为大塘阶石磴子组第三段（C1dsh3）和石磴子组第四段（C1dsh4）地层，除北西采石场出露外大多为第四系覆盖。
2.3 矿区水文地质
矿区地貌属低山丘陵，多为剥蚀残丘及洪冲积平地。残丘呈条带状南北展布。最高处为矿区西北部的华岭山，顶峰最高点标高为238.0米，其余残丘标高一般在100米左右或以下。残丘之间为较开阔的洪冲积平地，标高一般在3-6米。
矿区附近无大的地表水体，但鱼塘密布，排灌渠纵横交错。矿区外围北、西、南部距矿区5-8公里分别有巴江河、芦苞河及官窑涌，自北西向东南方向流入珠江。以上河流受到潮汐影响，涨潮时河水受到潮汐的顶托出现倒流现象，河水水位抬升。地质工作时在矿区设点定期观测，涨潮时河涌水位标高为3.03-3.39米，对矿区有一定影响。
矿床位于洪冲积平地、地势低洼，雨季期间常出现局部水淹或大面积水淹现象，最高洪水位标高3.5米。
3 矿山主要开采技术方案简述
3.1 开采及运输
石灰石和第四系覆盖土的开采和运输主要工艺流程为：
石灰石开采：采矿工作面液压钻机穿孔→爆破→液压挖掘机采装→自卸汽车运输→破碎系统
第四系剥离：剥离工作面液压挖掘机/轮式装载机直接采装（推土机配合作业）→自卸汽车运输→临时堆场/破碎系统
临时堆场→轮式装载机装车→自卸汽车运输→破碎系统
3.2 矿山防排水
根据乌茶布矿区的地形条件，在充分分析地表水、地下涌水等可能发生的涌水的基础上，采用外堵内疏方案：矿区的第四系孔隙水采用在第四系的最终平台上设置碾压粘土坝堵截；矿区北部、南部的强溶蚀带岩溶水采用钻孔帷幕注浆堵截。在矿区北部、南部、西部及东部的部分地段修建防洪坝，在开采境界周边修建截水沟拦截地表水；矿坑充水采用潜水污水泵排出地面，经沉淀后流入地表排水系统。
流经矿区的部分河流需改道，该工作由当地政府组织实施。
4 目前现状及建议方案
4.1 2005年矿坑被淹原因分析
通过踏勘现场和分析相关水文地质资料，认为造成2005年矿坑被淹的原因有以下几个方面：
(1) 根据气象部门了解，2005年五六月份广东大部分地区遭遇了百年甚至几百年一遇的特大暴雨，暴雨强度之大，远远超出了矿山正常防排水的设防等级，超出了通常情况下的设计标准。
(2) 矿床位于行洪冲积平地上，地势低洼，雨季期间常出现局部水淹或大面积水淹现象。整个矿区地形较平缓，北部略微高出南部，坡度小，自然排水条件较差，同时矿区又在原有地貌排水泄洪通道上。
(3) 矿山现有防排水系统重视对矿区周边的围护保护，从北至南流经矿区中部的小河疏通和外引措施实际未实施。据资料，矿区最高洪水位标高3.5米，防洪堤坝的顶面标高大致为4.5米。2005年9月10日现场踏勘发现矿区西侧防洪坝处位于矿区外侧的鱼塘水面仅比防洪坝顶面低0.4米左右，而坝顶标高与整个矿区地面相比并不高出多少，从现场实际情况及矿区原先地形看，此处的防洪坝正好截断了矿区西侧自然形成的排洪沟，该排洪沟在矿区外拐了两个弯后，最后仍经矿区流入下游排洪沟中。矿区范围内大部分鱼塘仍在使用中，尤其集中在矿区北部，另外矿区西侧外围的水也是汇入此沟流经矿区的，此处防洪坝的设置，一方面矿区内的水排不出来，当暴雨来临时，水位不断攀升，致使首采区外侧简易堤坝抵挡不住水而决堤，水经由决口直接涌入矿坑；另一方面矿区外的水堵在矿区西侧处排不走，暴雨时水位同样升高，这跟现场观察到的情形也是吻合的，从而特大暴雨来临时水漫过堤坝灌入了矿坑。
(4) 目前矿山防排水系统仍在施工组织当中，部分防洪坝暴雨时期仍未施工完全，开采工作面的排水泵也未施工到位未能使用，以上诸多原因导致了2005年矿山遭遇了严重的水淹。
4.2 建议整改方案
矿山防排水采用疏堵结合，标本兼治的综合治理方案。
(1) 由于矿区隔断了中部的一自北往南贯穿全区的小河，而此河是与外部水系沟通的，因此必须将该河道沿矿区开采边界外侧改道，使原流通水系沿矿区开采境界外贯通，目前该河道的改道已由政府组织实施。从现场勘察，该河的排水断面已较充分，只是河岸的稳定性很差，施工质量不好，部分边坡已出现坍塌，因此必须对该河道及时清淤，保证其排水通畅；另河道边坡需加强水土保持，如种植植被等，以保证河道边坡的稳定性，河道走向转角较大处需重点处理，减轻河水对边坡的冲刷影响。
(2) 矿区开采境界周边低洼处均应做防洪堤坝，防洪堤坝的顶标高为4.8米。矿坑周边高坡地在红线范围内修筑了2米宽的安全检查道路，供人员步行巡视用，在矿坑西侧较高的山坡处设置了截水沟并引至低洼处排走。原矿区附近居民通行的小道因矿区封闭围护而中断，建议在防洪堤坝建设时，北侧堤坝坝顶宽度扩大为4米，作为让村民绕行的道路。
(3) 矿区西侧防洪坝外围的水原本也有部分流经矿区排至下游的，现改为向南流经政府修建的另一个小河道排出，该小河道淤积严重，应提请政府雨季时及时清通。
(4) 北侧矿区范围内，原有的自然排洪沟仍可作为排水设施继续使用。但为结合矿区实际开采推进顺序，该水沟北端需加深或南端填高，以使水流由原自北向南改为自南向北流出，并穿越北侧堤坝接入外部由政府改造的河道。穿越北侧堤坝处，设置一过水圆管涵，直径为1200 mm，涵洞的外侧设置电动闸门（也可手动），以防止高潮位时外部的水倒灌入矿区。
(5) 为保证采区地表及地下水从矿坑抽上地表后能顺利外排，首采区外围矿区范围内的原自然排水渠仍与外部主排洪沟多处沟通，其水位随外部主排洪沟水位变化而变化，受潮汐影响，涨潮时河水受到潮汐的顶托可能出现倒流现象，因此在矿区南端设置了电动闸门，当出现倒流现象时关紧闸门，以防止外部的水倒流进矿区。由于矿山前十年开采在f13线以北进行，当河水涨潮出现倒流时，虽然关闭了矿山南端的电动闸门，但f13线以南矿区范围仍有较大的汇水面积，当暴雨来临时，雨水极易漫过矿坑简易沟堤直接倒灌至矿坑内。为防止高潮位时f13线以南矿区的雨水倒灌矿坑，建议在现有矿坑南侧新建9~10年使用期的防洪堤坝（碾压粘土坝，顶宽4米），与矿区西侧的堤坝相连接，具体位置见矿山总平面图。坝顶标高和现有堤坝相同，也为4.8米。当以上措施实施到位，即使潮汐和暴雨同时来临时，只要该堤坝不出问题，使外部的水不进入矿山采区，保证矿区内的正常生产，将汇水面积缩小到该新建防洪堤坝以北的矿区范围内，可大大减轻机械排水的压力。
(6) 在保证整个矿区外围的水不构成对矿区威胁的前提下，我们再考虑矿坑内部水的排出。目前的机械排水能力应按新建堤坝以北的矿区面积汇水量计算（在高潮位时发生大暴雨）。 该区域总汇水面积为44.5公顷，多年平均日降水量为5161m3/d；最大日（二十年一遇）降水量为118360 m3/d；再加上矿坑涌水量，总排水流量最大为125000 m3/d。以三天排除完该水量确定水泵排水能力，水泵总排水能力应不小于1750 m3/h。选用WQK500-60-160型潜水污水泵，排放量500m3/h，扬程60m，电机功率160kW，生产初期（前6年，开采-55m以上水平）正常情况下为1～2台水泵同时工作，当采坑出现最大充水时需3～4台同时工作。第7年，矿山-75m平台建成后，需在-35m平台上建一个中间水池，-75m平台的矿坑充水用水泵抽至-35m中间水池，再由水泵排至地面水沟，也即矿山采用两级排水，正常情况下每级各需1～2台水泵同时工作，当采坑出现最大充水时每级需3～4台同时工作。另建议增加1~2台小流量水泵（流量按100 m3/h考虑，扬程与主排水泵相同），在雨量较小或矿坑涌水较多时使用，可避免主排水泵的频繁开闭。为保证采场外排水水质，保护矿区生态环境，在矿区南部利用现有鱼塘设置沉淀池，总面积约11600m2。矿坑充水由泵排出地面后经沉淀后外流到附近的河流中。
(7) 由于矿区开采过程中地貌变化较大，建议矿区开采扩大过程中矿坑周边较低畦的区域，利用剥离土堆砌成临时挡水堤并适当碾压加固，以防止地表水直接进入到矿坑内。
4.3 整改方案增加的投资费用估算
整改方案所增加的主要工程量有：长约860m的新建防洪堤坝；长约2000m的矿区外围防洪堤坝加高（4.5m加高至4.8m）； 长约600m的堤坝加宽加高(加高至4.8m，坝顶加宽至4m，作为附近村民绕行道路)；长约750m的排水沟修整；长约9m的涵洞（Φ1200）一座以及新增设的电动（手动）闸门一座；矿区东侧政府修建的河道边坡稳定处理；增加1~2台小流量水泵，并配带电控柜和浮球开关。通过估算，整改方案所增加的投资总费用预计约需100万元。
5 结束语
本矿山属于凹陷开采，水文地质条件本就很复杂，矿山又处于南方多雨地区，排水就显得格外重要，本矿区开采排水确实较难，但若摸清情况，仔细设计，精心施工，严格管理，水患一定能够克服，为整个矿山开采提供一个良好的条件，以保证工厂的正常生产。
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