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摘 要：本文以露天转地下开采矿山地表径流的防治为目的，通过对林歹铝土矿降雨径流沿露天坑和开采塌陷区向井下渗流的特点和途径的研究，从地面和井下两方面有针对性的提出了具体的防治措施，并对措施的可行性进行了举例分析。
关键词：露天开采；地下开采；露天坑；降雨；渗流；防治；塌陷区
1 前言
林歹铝土矿经过多年开采，已完成了地表6#，7#，8#，9#小露天及井下1332m，1290m，1240m，1190m 4个中段地下开采工作。露天转地下开采和地下采空区的形成，使之雨季，特别是一次暴雨过程后，井下涌水量显著增加。据统计，一次暴雨过后，1190m中的段最大涌水量已达11520m3/天，是平均涌水量2910m3/d的3.96倍，在雨季过后井下涌水量达到峰值的时间仅滞后暴雨8小时，旱季时滞后1～2天[1]。因此，对于露天转地下开采的矿山，研究地表降雨径流的渗流机制和渗流特点以及渗流的防治，对雨季井下安全生产是致关重要。
2 露天转地下开采降雨沿露天坑向井下渗流的特点
在矿山生产建设中，露天矿由山坡露天转为深凹露天开采时，常出现采场的防洪、排水问题，而当深凹露天又转为地下开采时，井下的防洪和排水问题，显得更为突出，特别是处于年降雨量多和暴雨强度大的地区，普遍存在着雨季的井下防洪和排水问题。由于浅部矿产资源的开采殆尽，我国许多露天矿山都将转入地下[2]，转为地下开采后，井下防洪和排水主要面临以下问题：
由于露天开采时的剥离和采矿，形成了大范围的汇水区，汇水面积的增加，使降雨径流量和井下的渗流量增加[3]。
露天转为地下开采时，通常在上部露天坑底预留一定厚度的保安矿柱，但是由于地下开采活动，导致原有应力平衡被破坏，采矿形成的导水通道直接沟通露天坑，与单一的地下开采相比，增加了井下洪峰流量，缩短了井下洪峰的形成时间，对井下安全开采构成威胁。
露天转地下，采用崩落法开采时，采矿形成的错动范围内的地表防洪措施将被损坏，这又增加了汇水面积和降水渗入量。
鉴于上述，对于露天转地下矿山，在暴雨时期，地表降雨径流常通过地采形成的导水通道直接进入井下，使井下涌水量突然急剧增加，导致灾害性的淹井事故，例如，浙江漓渚铁矿东、西矿井露天转地下开采后，采用无底柱崩落法，使导水裂隙直达露天坑底，当发生持续降雨48小时，降雨总量224.3mm时，1984年6月13日，东、西矿井-35m开采区水平被淹。淹井前，东矿井正常涌水量为1720m3/天，淹井时，东矿井下洪峰流量为65000m3/天，西矿井下洪峰流量为73200m3/天。
3 降雨沿开采塌陷区向井下渗流的特点
地下开采在地表形成的塌陷区规模范围及渗流特点是由以下诸因素决定的。
（1）矿体厚度及赋存深度
矿体厚度大，埋藏较浅，采深采厚比小的矿山，开采时对地表破坏程度加剧，势必引起井下降雨渗流量的增加。
（2）采场顶板管理方法
从减少地表降雨径流向井下渗流来看，采用保护顶板的采矿法和崩落法相比，可降低地表降雨径流的渗入率和渗流量。
（3）降雨强度
暴雨形成的地表径流集中，迅猛。比正常降雨径流的渗入率及渗流量明显加大，对井下安全开采的威胁也愈大。
贵州遵义锰矿在1985年发生高于50年一遇的暴雨时，由于采空区分布范围大，加之民采矿井的采空区与之相通，造成了严重的淹井事故，大量泥砂沿采空区进入井下，给矿区生产的恢复带来很大的困难。
湖北省武汉钢铁集团程潮铁矿，由于矿体厚度大，采用无底崩落法采矿，地表形成大面积塌陷区，一次特大暴雨后，暴雨径流沿塌陷区进入井下，造成淹井事故。
4 地表降雨径流向井下渗流途径的分析
4.1 露天转地下开采沿露天坑向井下渗流
从开拓系统看，露天转地下开采后，如图1所示，由于地下开采第一个开采中段与露天底之间仅留有8m矿柱，经过多年开采现已采至1190m中段，由于开采过程中采用分段崩落法采矿，随着冒落带及导水裂隙带形成，矿柱已失去隔水作用，因此降雨径流，特别是暴雨径流沿露天采场向井下渗流，是雨季暴雨时期井下涌水量增加的主要来源。
4.2 降雨径流通过开采错动区向井下渗流
矿山地采过程中曾在1#平峒上部水塘边产生开采塌陷坑并引发塘内水渗入井下而干涸。此外东部汇水面积内的降雨径流主要通过8#～9#露天采场间3#平硐口的排水通道以及7#～8#露天采矿场间的1#及2#平硐排水通道向开采错动区渗流，特别是1#及2#平硐口附近，是汇水区地表径流的重要排水通道，暴雨径流沿该通道曾引发了竖井第一次淹井事故。
4.3 降雨沿民采露天采坑及井下开采塌陷区向井下渗流
据初步调查，6#小露天是民采集中开采的区段，而在6#及7#小露天也分布有民采的地下开采区段，地下开采的深度为50～60m。6#及7#小露天之间的低洼地段，也是东部汇水面积地表降雨径流的排泄口和必经区段，因此，民采的露天坑和井下开采的塌陷区也是向井下渗流的途径之一。
5 地表降雨径流的地面与井下综合防治
5.1 地面治理措施
（1）回填露天坑
回填露天坑，增加露天底覆盖层的厚度，对减少地表降雨径流经露天坑底向井下的滲流和延缓井下洪峰出现的时间是有利的。湖北武汉钢铁集团大冶铁矿铁门坎及龙洞采区采取在转入地下开采后，对露天坑底进行了回填，其中龙洞露天坑底由原来的78m标高回填至102m标高[3]，使之露天坑底覆盖层厚度增加了24m，经实测，井下洪峰较雨峰可滞后6～12小时。
贵州省瓮福磷矿英坪露天矿转地下开采过程中，已对露天坑进行回填处理方案和技术措施，该项回填工程于2006年8月开始施工，于2007年9月投入使用。 建议对林歹铝土矿露天坑进行回填处理，回填处理处理纵、横剖面示意图见图2及图3。
回填体至下而上分3层，其各层的主要技术要求如下：
①第一层为较粗的碎石层，厚度约15m，要求该层回填的废石块度大，含砂量少，具有一定的强度，无风化，有较强的透水性。
②第二层为普通回填层，要求具有一定的透水性。
③第三层为泥砂混合层，要求不透水或具有弱透水性，厚度为15m。
施工时，各层要夯实，避免发生松动、沉降或位移。
（2）在露天坑积水地段设置临时排水泵站
地表降雨径流尽量在地表进行防治，在露天坑的积水地段，雨季时采用临时泵站排水，以减少向井下的渗流量。安徽马鞍山钢铁集团向山硫铁矿，雨季期间采用在地表塌陷区的积水地段设置临时泵水站与井下排水泵站同时排水的方法，对减轻井下排水压力具有显著效果。
（3）在开采塌落区外，设置截水沟，以减少地表降雨径流向井下的渗流。
（4）提高竖井井口工业场的排洪标准，增加泄洪能力。
竖井井口工业场地是地表径流的汇水区，由于竖井工业场地东部汇水区的汇水面积大，当发生较大强度暴雨和洪水时，排水沟将漫流，威胁竖井井口的安全，竖井第一次淹井事故，就是由于暴雨径流直接灌入井下引起的。此外，应建立竖井防洪的应急预案，在井口堆置防洪抢险器材，以备急需。
5.2 设置井下防洪系统
（1）在各开采水平设置防水门，在井下洪峰期，利用现有排水设备关门排水，以确保井筒和主要生产水平不被淹没，适当增加水仓容积和设置有效的泥沙沉淀和清理设施等。
（2）在井下洪峰期间，利用最低中段巷道临时储水。
（3）做好雨季的降雨预报，建立防排水专门机构[3]，加强井下涌水量的监测。
6 结语
本文通过对林歹铝土矿井下排水数据的分析，得出对地表降雨径流的防治是露天转地下开采矿山防治水成败的关键，通过对降雨径流的向井下渗流的特点、渗流的途径分析，提出了针对此类型矿山的防治地表径流的措施。根据矿山反馈信息，2015年之前，矿山雨季常发生1～2次淹井停工事故，矿山建设单位于2015年对露天坑进行了回填处理，并在露天坑外设置的截水设施，对排水沟进行了疏导，通过一年多的观察，矿山在未增加井下排水能力的情况下，截止目前并未发生淹井事故。
参考文献
[1]祝瑞勤，吴光跃，赵鹏，等.贵州林歹铝土矿地下开采防治水研究报告[D].长沙有色冶金设计研究院 2008.
[2]甘德清，李占金，乔国刚.露天转地下开采覆盖层厚度与降雨量和渗漏时间的关系[J].金属矿山，2007，（8）：135-138.
[3]王安則.露天转地下开采的井下防洪问题[J].冶金矿山设计与建设，1994，2（1）：6-9.
（作者单位：湖南长沙有色冶金设计研究院有限公司）
关键词：露天开采；地下开采；露天坑；降雨；渗流；防治；塌陷区
1 前言
林歹铝土矿经过多年开采，已完成了地表6#，7#，8#，9#小露天及井下1332m，1290m，1240m，1190m 4个中段地下开采工作。露天转地下开采和地下采空区的形成，使之雨季，特别是一次暴雨过程后，井下涌水量显著增加。据统计，一次暴雨过后，1190m中的段最大涌水量已达11520m3/天，是平均涌水量2910m3/d的3.96倍，在雨季过后井下涌水量达到峰值的时间仅滞后暴雨8小时，旱季时滞后1～2天[1]。因此，对于露天转地下开采的矿山，研究地表降雨径流的渗流机制和渗流特点以及渗流的防治，对雨季井下安全生产是致关重要。
2 露天转地下开采降雨沿露天坑向井下渗流的特点
在矿山生产建设中，露天矿由山坡露天转为深凹露天开采时，常出现采场的防洪、排水问题，而当深凹露天又转为地下开采时，井下的防洪和排水问题，显得更为突出，特别是处于年降雨量多和暴雨强度大的地区，普遍存在着雨季的井下防洪和排水问题。由于浅部矿产资源的开采殆尽，我国许多露天矿山都将转入地下[2]，转为地下开采后，井下防洪和排水主要面临以下问题：
由于露天开采时的剥离和采矿，形成了大范围的汇水区，汇水面积的增加，使降雨径流量和井下的渗流量增加[3]。
露天转为地下开采时，通常在上部露天坑底预留一定厚度的保安矿柱，但是由于地下开采活动，导致原有应力平衡被破坏，采矿形成的导水通道直接沟通露天坑，与单一的地下开采相比，增加了井下洪峰流量，缩短了井下洪峰的形成时间，对井下安全开采构成威胁。
露天转地下，采用崩落法开采时，采矿形成的错动范围内的地表防洪措施将被损坏，这又增加了汇水面积和降水渗入量。
鉴于上述，对于露天转地下矿山，在暴雨时期，地表降雨径流常通过地采形成的导水通道直接进入井下，使井下涌水量突然急剧增加，导致灾害性的淹井事故，例如，浙江漓渚铁矿东、西矿井露天转地下开采后，采用无底柱崩落法，使导水裂隙直达露天坑底，当发生持续降雨48小时，降雨总量224.3mm时，1984年6月13日，东、西矿井-35m开采区水平被淹。淹井前，东矿井正常涌水量为1720m3/天，淹井时，东矿井下洪峰流量为65000m3/天，西矿井下洪峰流量为73200m3/天。
3 降雨沿开采塌陷区向井下渗流的特点
地下开采在地表形成的塌陷区规模范围及渗流特点是由以下诸因素决定的。
（1）矿体厚度及赋存深度
矿体厚度大，埋藏较浅，采深采厚比小的矿山，开采时对地表破坏程度加剧，势必引起井下降雨渗流量的增加。
（2）采场顶板管理方法
从减少地表降雨径流向井下渗流来看，采用保护顶板的采矿法和崩落法相比，可降低地表降雨径流的渗入率和渗流量。
（3）降雨强度
暴雨形成的地表径流集中，迅猛。比正常降雨径流的渗入率及渗流量明显加大，对井下安全开采的威胁也愈大。
贵州遵义锰矿在1985年发生高于50年一遇的暴雨时，由于采空区分布范围大，加之民采矿井的采空区与之相通，造成了严重的淹井事故，大量泥砂沿采空区进入井下，给矿区生产的恢复带来很大的困难。
湖北省武汉钢铁集团程潮铁矿，由于矿体厚度大，采用无底崩落法采矿，地表形成大面积塌陷区，一次特大暴雨后，暴雨径流沿塌陷区进入井下，造成淹井事故。
4 地表降雨径流向井下渗流途径的分析
4.1 露天转地下开采沿露天坑向井下渗流
从开拓系统看，露天转地下开采后，如图1所示，由于地下开采第一个开采中段与露天底之间仅留有8m矿柱，经过多年开采现已采至1190m中段，由于开采过程中采用分段崩落法采矿，随着冒落带及导水裂隙带形成，矿柱已失去隔水作用，因此降雨径流，特别是暴雨径流沿露天采场向井下渗流，是雨季暴雨时期井下涌水量增加的主要来源。
4.2 降雨径流通过开采错动区向井下渗流
矿山地采过程中曾在1#平峒上部水塘边产生开采塌陷坑并引发塘内水渗入井下而干涸。此外东部汇水面积内的降雨径流主要通过8#～9#露天采场间3#平硐口的排水通道以及7#～8#露天采矿场间的1#及2#平硐排水通道向开采错动区渗流，特别是1#及2#平硐口附近，是汇水区地表径流的重要排水通道，暴雨径流沿该通道曾引发了竖井第一次淹井事故。
4.3 降雨沿民采露天采坑及井下开采塌陷区向井下渗流
据初步调查，6#小露天是民采集中开采的区段，而在6#及7#小露天也分布有民采的地下开采区段，地下开采的深度为50～60m。6#及7#小露天之间的低洼地段，也是东部汇水面积地表降雨径流的排泄口和必经区段，因此，民采的露天坑和井下开采的塌陷区也是向井下渗流的途径之一。
5 地表降雨径流的地面与井下综合防治
5.1 地面治理措施
（1）回填露天坑
回填露天坑，增加露天底覆盖层的厚度，对减少地表降雨径流经露天坑底向井下的滲流和延缓井下洪峰出现的时间是有利的。湖北武汉钢铁集团大冶铁矿铁门坎及龙洞采区采取在转入地下开采后，对露天坑底进行了回填，其中龙洞露天坑底由原来的78m标高回填至102m标高[3]，使之露天坑底覆盖层厚度增加了24m，经实测，井下洪峰较雨峰可滞后6～12小时。
贵州省瓮福磷矿英坪露天矿转地下开采过程中，已对露天坑进行回填处理方案和技术措施，该项回填工程于2006年8月开始施工，于2007年9月投入使用。 建议对林歹铝土矿露天坑进行回填处理，回填处理处理纵、横剖面示意图见图2及图3。
回填体至下而上分3层，其各层的主要技术要求如下：
①第一层为较粗的碎石层，厚度约15m，要求该层回填的废石块度大，含砂量少，具有一定的强度，无风化，有较强的透水性。
②第二层为普通回填层，要求具有一定的透水性。
③第三层为泥砂混合层，要求不透水或具有弱透水性，厚度为15m。
施工时，各层要夯实，避免发生松动、沉降或位移。
（2）在露天坑积水地段设置临时排水泵站
地表降雨径流尽量在地表进行防治，在露天坑的积水地段，雨季时采用临时泵站排水，以减少向井下的渗流量。安徽马鞍山钢铁集团向山硫铁矿，雨季期间采用在地表塌陷区的积水地段设置临时泵水站与井下排水泵站同时排水的方法，对减轻井下排水压力具有显著效果。
（3）在开采塌落区外，设置截水沟，以减少地表降雨径流向井下的渗流。
（4）提高竖井井口工业场的排洪标准，增加泄洪能力。
竖井井口工业场地是地表径流的汇水区，由于竖井工业场地东部汇水区的汇水面积大，当发生较大强度暴雨和洪水时，排水沟将漫流，威胁竖井井口的安全，竖井第一次淹井事故，就是由于暴雨径流直接灌入井下引起的。此外，应建立竖井防洪的应急预案，在井口堆置防洪抢险器材，以备急需。
5.2 设置井下防洪系统
（1）在各开采水平设置防水门，在井下洪峰期，利用现有排水设备关门排水，以确保井筒和主要生产水平不被淹没，适当增加水仓容积和设置有效的泥沙沉淀和清理设施等。
（2）在井下洪峰期间，利用最低中段巷道临时储水。
（3）做好雨季的降雨预报，建立防排水专门机构[3]，加强井下涌水量的监测。
6 结语
本文通过对林歹铝土矿井下排水数据的分析，得出对地表降雨径流的防治是露天转地下开采矿山防治水成败的关键，通过对降雨径流的向井下渗流的特点、渗流的途径分析，提出了针对此类型矿山的防治地表径流的措施。根据矿山反馈信息，2015年之前，矿山雨季常发生1～2次淹井停工事故，矿山建设单位于2015年对露天坑进行了回填处理，并在露天坑外设置的截水设施，对排水沟进行了疏导，通过一年多的观察，矿山在未增加井下排水能力的情况下，截止目前并未发生淹井事故。
参考文献
[1]祝瑞勤，吴光跃，赵鹏，等.贵州林歹铝土矿地下开采防治水研究报告[D].长沙有色冶金设计研究院 2008.
[2]甘德清，李占金，乔国刚.露天转地下开采覆盖层厚度与降雨量和渗漏时间的关系[J].金属矿山，2007，（8）：135-138.
[3]王安則.露天转地下开采的井下防洪问题[J].冶金矿山设计与建设，1994，2（1）：6-9.
（作者单位：湖南长沙有色冶金设计研究院有限公司）