[摘 要]随着矿山的深采，会产生越来越多的矿渣，并在矿区附近越积越多。如果不及时对这些堆积的废渣进行正确的处理，将可能导致矿渣池的溃坝而造成大面积的滑坡，同时也会带来生态环境的污染，特别是对土壤和地下水资源的污染。我们通过钻探、抽水观测、试验、数据分析等一系列工作，设计出对应方案，可有效预防矿山次生灾害的发生，同时也减少堆场废液渗漏对环境造成的污染。依据；为获得相关数据，制订了在摆纪堆场内钻探，获得不扰动样，同时通过井点降水试验，获得渗流参数的现场实测数据。

中图分类号：TE8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0361-03

一、背景简介

随着矿山的深采，会产生越来越多的矿渣，并在矿区附近越积越多。如果不及时对这些堆积的废渣进行正确的处理，将可能导致矿渣池的溃坝而造成大面积的滑坡，同时也会带来生态环境的污染，特别是对土壤和地下水资源的污染。我们通过钻探、抽水观测、试验、数据分析等一系列工作，设计出对应方案，可有效预防矿山次生灾害的发生，同时也减少堆场废液渗漏对环境造成的污染。

以贵州某磷肥厂为例，其生产磷铵肥并产生大量的磷石膏渣，因生产能力巨大，其磷石膏堆场为国内最大的磷石膏堆场。自2000年开始，磷石膏堆场开始出现渗漏情况，磷石膏堆场废水的PH值只有2.0左右，其酸度相当于醋酸，具有很强的腐蚀性。而磷肥厂的堆场就建在岩溶发育地区，堆场底部经过长期腐蚀作用，以至于经过防渗处理的岩溶裂隙（溶洞）产生渗漏，废水渗漏进入地下水源。这里的废水每升中就含有1755毫克的磷和1320毫克的氟。据测算，该磷肥厂磷石膏堆场每年渗漏的废水有25万吨，其中含磷442吨，氟化物332吨，成为重安江最大的污染源。堆场总库容为3347.6万m3，总坝高95m，最大堆积坝高84m，其长期堆放也可导致堆场溃坝，造成大面积滑坡，是极大的安全隐患，工程等别为三级。堆场现状图如图1所示 ：

二、堆场水平排渗布局规划及水量分析

为降低磷石膏堆场的环境和安全风险，通过水平排水方式可以加快降低堆场磷石膏体内的孔隙酸水水位，同时又能稳定埧內堆积的矿渣。水平导渗排水孔布局设计如下：

1、设计降水高度范围：975m-950m；

2、水平导渗体布置在堆积坝坡面上，并分为两期施工。

第一期：主坝方向布置在942m高程（50m间距），12根水平排渗管，长度250m；堆场北侧边坡布置在957m高程（20m间距），12根水平排渗管，靠近山坡区域5根管长度150m，靠近双眼井区域7根管长度250m；堆场南侧边坡布置在960m高程（50m间距），7根水平排渗管，长度250m。

第二期：主坝方向布置在942m高程（施工间距50m，最终与一期形成25m间距分布），11根水平排渗管，长度250m；堆场南侧边坡布置在960m高程（施工间距50m，最终与一期形成25m间距分布）6根水平排渗管，长度250m。

三、水平排渗孔的施工方案

1、现场踏勘、修筑便道及清理场地

根据现场勘查，需要修筑便道，便于钻机的进场。定向钻机占地面积入土点占地约12m×30m，泥浆池内铺塑料土工布，泥浆池尺寸为8m×5m×2m，体积为80m3。

2、设备的选型：DDW～320非开挖定向水平钻机

3、施工的工序

4、测量放线

5、导向孔钻进

导向孔的施工主要依据设计轨迹，采用导向钻头内的探头盒发射一定频率的电磁波传到地表。地面导向仪收到信号，使用它可以随时测出钻头地下位置、深度、顶角、钻具面向角等基本参数，简称“无线控向”。导向仪是导向钻进的眼睛，它能使操作人员及时、精确地掌握钻进情况，随时调整钻进参数，并做好详细记录，确保钻机按预定的轨迹完成导向孔，从而达到准确铺管的目的。

1、导向孔施工步骤

①探头装入探头盒。

②导向钻头连接钻杆。

③转动钻杆测试探头发射是否正常。

④回转钻进2米左右。

⑤开始按照造斜轨迹进行钻进。

⑥完成直孔段钻进。

⑦按照造斜轨迹进行上漂钻进。

⑧导向孔完成。

2、造斜段钻进

造斜钻进，就是充分利用导向钻头的造斜原理，使钻孔实际轨迹尽可能接近钻孔设计轨迹。实际中不可避免地会发生偏离设计轨迹情况，一般采用以深度控制为主，顶角控制为辅的方法纠正钻孔偏差。

造斜的目的是使钻机达到造斜终点时其坡度和倾斜度均符合设计钻孔轨迹的要求。

3、本工程导向孔施工应注意事项：

本次施工，按照设计要求，轨迹倾斜为2%。满足设计要求是本次导向的重中之重。

①掌握穿越段地层特性，导向孔施工前，应对穿越的磷石膏地层进行分析，以掌握其工程地质特性，保证钻孔施工时技术参数的合理性。

②导向孔施工时，要保证导航员与钻机操作人员的协调一致

③导向孔钻进时，要随时掌握导向孔实际轨迹线，以使导向孔轨迹与设计轨迹之间偏差在设计要求的范围内，发现偏差超标要及时纠正。

④合理使用泥浆作冲洗液，确保钻孔成型及钻具的安全。

⑤选用优质的碱性电池，保证导向仪有足够的工作时间，确保导向孔施工一次性完成。

⑥要做好导向孔入土点与轨迹的倾角计算。

6、导水管的设计及施工方案

在导向完成后，拔出导向钻具，孔内开孔直径为160mm，此时将φ110mm的套管一节节的推入成形的导向孔内，然后将φ75mm的PE花管焊接后外包裹不锈钢过滤网推入110mm套管中。φ75mm过滤网需焊一节推一节，外包裹的金属过滤网必须用码钉钉牢。

7、套管拔出

在排渗管推就位以后，需要将套管从孔内拔出，首先将φ75mmPE管固定住，然后用钻机的接头将套管一节节的拔出来。这样就完成了全部工序。

四、管涌预防措施

（1）、施工时严格按设计单位给定的开孔位置开孔，钻进时不宜速进、发现有溢水时立即停止顶进，出现清水或者水停止流时，检查周边无异常再进行作业；现场情况紧急时立即汇报监理及业主单位采取处理措施，无异常再进行作业。

（2）、由于施工地段属松散易塌的磷石膏尾矿， 因此在回扩孔时，需要根据现场情况调整速度，穿越磷石膏尾矿层采取“快扩”，从而减少回扩孔对砂层的扰动时间和减小造成钻孔弯曲的时间， 达到减低孔壁失稳的危险和保持钻孔轨迹的平直的目的。回扩下套管时，正常回拖速度应>1min/根，第一静停点到第二静停点的拔出速度应>2min/根，第二静停点到第三静停点的拔出速度应>4min/根，第三静停点到出土回拖速度度每根钻杆应>4min/根。

（3）、回拖时钻杆外壁流水时应停机，通知项目技术人员现场确认后方可回拖。

（4）、套管与导渗孔之间空隙采用玛丽散材料进行可靠固结，封孔长度不小于10m；套管拔出后，导水管与导渗孔之间空隙亦采用玛丽散材料进行可靠固结，封孔长度不小于10m。

（5）、做好应急预案：准备尾矿沙袋放在施工作业附近备用，建设单位应急联系人、设备及人员（设备铲车、挖掘机、汽车等、人员15-20人在15分钟到达现场）。

（6）、监测在坝体上布置监测系统，监控浸润面变化情况，当浸润线高于排渗管直线段与曲线段的拐点时：

a、钻孔施工时严格监视孔内水压力，压力过高时采取及时通知技术人员采取措施。

b、单孔超压时不得回拖作业。

c、夜间光线不足的情况下不得回拖作业。

d、安排专职安全员，对钻孔上方不间断巡视，发现异常停止施工。

（7）、采取联防机制，全程监控施工过程中坝体变形情况，项目部专人与业主公司保持联络，坝体监控发现异常时立即通知项目部采取措施。

五、水平导排管及总排量要求

1、水平排渗体采用水平定向钻成孔后，考虑需要良好透水性能及耐酸耐久性能，建议排渗系统采用水平定向钻成孔后，内置不锈钢网或无纺土工布包裹PE花管，以重力自流方式进行孔隙水的导排，排渗体材料应为耐酸耐腐蚀材料，不锈钢应为316L材质；

2、排渗体平均直径75mm，单根排渗体的布设长度不应小于上述规定的长度。

六、结语

釆用水平定向钻进下管方法，在加快降低堆场磷石膏体内的孔隙酸水水位和稳定坝內堆积的矿渣中能起到佷好的作用。施工中，最主要的部分就是导向孔轨迹的精确控制，按设计路线准确、顺利地铺管。它的基本步骤是：采用先进的导向探测仪对地下钻头的前后倾角、深度、导向板面向角等进行测量，根据测量结果人为预定其导进方向，并不断地调整钻头面角进行推进或继续钻进。导向钻进的几何学实质是：在钻头当前轴线所确定的钻进方向面基础上，调整钻头面向角后，得到新的钻进轨迹面，在新轨迹面上钻头以一定的造斜强度给出新的弧形轨迹线。用每单位长度钻进量后钻头轴线在轨迹面上的角度变化值表示造斜强度。

上述关系的建立，使我们在原理上能够计算导向钻进在任意钻进量时钻头在地下的空间位置、倾斜角度和前进方向。

定向钻施工工艺通过在该项目的应用，很好地达到了事先设计的目的，也为定向钻工程开拓了新的施工领域。

参考文献：

[1] 诸学伟.摆纪磷石膏堆场渗漏及子坝稳定性分析[D].贵州大学硕士学位论文 2006

[2] 彭展翔.摆纪磷石膏堆场渗漏分析[J]地下水.2012.5

作者简介：

杨健，高级工程师，现供职于安徽省煤田地质局第一勘探队。