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摘要 ：海南石碌铁矿是一座从露天开采转为地下开 采的矿山，位于热带强降雨地区，面临着汛期降雨量大、 露天汇水范围广等不利因素。石碌铁矿矿体埋藏深、开采 范围大，采用无底柱分段崩落法进行开采，随着开采水平 逐渐下降，塌陷范围不断扩大，露天防洪系统也将逐步受 到破坏。同时，2020 年北一采区 -30m 水平已全面破顶，露 天坑底破口面积达到 50000m2.露天降雨通过覆盖层从露 天坑底破口直接进入采场。由于以上不利因素的存在，井 下 -360m 水平的排泥排水压力增加，特大暴雨成为矿山未 来的重大安全隐患。为确保矿山在汛期能够安全稳定地进 行生产，并避免矿井被淹和其他相关安全事故的发生，特 对矿山现有的防洪系统进行全面梳理，制定了排水方案， 以确保雨季期间的安全生产。
关键词 ：排水,涌水,汇水
2012 年，矿山委托海南省资源环境调查院及江西省勘 察设计研究院对石碌矿区进行了水文地质调查，并完成了 《海南省昌江县石碌铁多金属矿区水文地质调查报告》。调 查结果表明，矿区的地下水主要来自大气降水，通过裂隙 向低洼地带流动，以泉水和渗透渗流的形式排到地表上 ; 矿区的地下水位主要受大气降水的影响，与外部水文地质 单元的地下水没有水力联系 ;矿床充水主要是由基岩裂隙 含水层提供，并且顶板的间接充水也很重要，通过导水裂 隙进入矿坑等处。随着矿井开采工程的进行，矿山排水对 矿井的安全生产起到非常重要的保障作用。矿井排水的主 要任务是将井下涌出的矿井水(包括地表降水流入矿井的 水量) 通过排水系统持续地排出地面，以确保矿山的安全 生产和作业人员的生命财产安全。否则，将会影响矿井的 正常生产，甚至导致淹井事故的发生，造成巨大的人员伤 亡和财产损失。因此，矿井排水系统是不可或缺的主要生 产系统之一。
1 矿山概况
石碌矿区隶属于海南矿业股份有限公司，该公司是一 家股份制企业。矿区位于海南省昌江黎族自治县石碌镇境 内，地理坐标为 ：东经 109° 33′、北纬 19° 14′。矿区 距离海口市216km，与国防公路和高速公路相连 ;与八所港相隔 62km，通过国防公路和 52km 的准轨铁路连接 ;与 三亚市相连有铁路。因此，矿区交通便利。矿区范围从吉 开岭向南延伸至石碌河，在西部达到金牛岭，在东部延伸 至鸡心—鸡实村。
矿区内最高的山峰是金牛岭，海拔 619.8m，而矿区北 侧鸡心河与石碌河交汇处的最低海拔约为 65m。枫树下以 南是一个丘陵区，表现为起伏的波状平原，地形呈波浪般 起伏，地面海拔一般在40m ～ 200m之间，局部低洼地段 海拔小于40m，地表坡度一般在 3°~ 5°之间，局部地段 在 5°~ 10°之间。地形坡度一般在 10°~ 25°之间，一 些山坡较为陡峭， 坡度大于 30°, 山区树木繁茂。
2 降雨量
降水量是指一定时间内降落在某一面积上的总水量， 以毫米表示相应的水层深度。一次降水的降水量是指该次 降水过程的总降水量 ;日降水量是指一天内的总降水量。 降水量通常分为 7个等级(见表 1)。24h 降雨量达到或超过 50mm 的降水一般被称为强降雨，强降雨可以进一步分为 暴雨、大暴雨和特大暴雨三个等级。
本区属于热带海洋性气候，终年无霜雪冰冻。2008 年 平均温度25.42℃, 最高月温度 31.3℃, 最低 17.5℃ ; 日最 高温度39.7℃, 最低 10℃。矿区雨量较充沛， 每年 5 月～ 11 月为雨季，12 月～翌年4 月为旱季 ;年蒸发量 1630.5mm， 多 年 均 降雨 量 1928.4mm， 多 年 日 最 大 降雨 量 644.4mm (2001 年 8 月 30 日)，多年月最大降雨量 1118.3mm(2001 年 8 月)。
3 矿山防洪系统现状
3.1 露天防洪系统
矿区经过多年露采，形成多个大小不一的采坑，在资 源开发的过程中以及闭坑以后，对原生的地质环境有着显 而易见的负面影响。其中，北一矿区露天范围汇水面积较大，需要在采矿错动范围外修筑截洪沟，将降雨径流截出 矿区，减少经露天汇入井下的渗入量。北一采场的地表防 洪系统已初步形成， 设有多条截洪沟， 主要包括228m截洪 沟、288m 截洪沟、215m 截洪沟、土工膜截洪沟、200m 截 洪沟等， 采场目前的汇水面积为 70万m2.
3.2 井下采场防洪系统
北一 -30m水平设有 6条主要排水井(分别是西 1进风 井、西 4进风井、西 6进风井、西 8进风井、西2 泄水井和 西 6泄水井)。
北一 -105m设有专用排水通道、两条沉淀池和一条泄 水小井。
北一 -120m 水平设有排水系统，设防能力为 600 立 方米每小时，共有内外两条水仓容积2400m3.有效容积 1700m3.泵房内设置两台多级泵(MD300-43×8 型多级泵 和MD300-43×5型多级泵) ;另外， -120m泄水小井联巷砌 有一堵挡风过水墙， 可将其作为沉淀池使用。
3.3 -360m 水仓防洪系统
-360m 主要有 6 条沉淀池、5 条水仓， 以及 -360m 泄水 联巷砌有一堵挡风过水墙，可将其作为沉泥池使用，主要 储存上部分层经泄水井排至 -360m 的汇水和泥 ;另外，- 360m 水泵房有 12 条吸水井，对应 10 台卧泵和 5 台潜水 泵， 设防能力为26.96 万m3 每天，能够满足20 年一遇暴雨 (434.5mm每天) 的设防能力。
4 防汛抗洪总思路
汛期防汛抗洪工作主要分为“截、疏、排、保”四个环 节。第一个环节是“截”，通过露天截洪沟和露天防洪措施 对大气降水进行截留 ;第二个环节是“疏”，疏通采场各水 平坑道排水沟 ;第三个环节是“排”，最终将汇水从 -360m 水仓经水泵排至地表 ;最后一个环节是“保”，加强排水系 统的管理和维护， 以确保防洪效果。
4.1 “截”——露天截流，减小汇水面积
通过采取露天截洪沟和防洪措施的方式对雨水进行截 流，最大限度地引导汇水离开采场，尽量减少露天汇水的 面积。经过多年的建设，北一采场的地表防洪系统基本形 成，主要是通过截洪沟(采用浆砌或土沟的形式)将水流 排出采场。目前，采场现有汇水面积为 70 万m2.关于东、 南、西、北帮的情况简述如下。
(1)东帮。以塌陷区为界，塌陷区以北的降水通过 215m 的截洪沟、土工膜截洪沟和200m 的截洪沟排至 169m 的双拱涵洞，再由双拱涵洞排出采场 ;塌陷区以南的降水 则利用228m 的土坝和252m 的截洪沟将汇水引出采场 ;
(2)南帮。主要采取228m 和288m 的截洪沟，288m 的水流从264m处跌落至252m， 然后通过截洪沟排出采场 ;
(3) 西 帮。 采 取 228m、288m 的 截 洪 沟 以 及 322m ～ 288m ～ 250m 的截洪通道将水流排出采场 ;
(4) 北 帮。 采 用 228m ～ 169m 的 截 洪 沟， 而 215m ～ 169m 的通道已形成向外排水的反坡，能够将水排 出采场。
防洪系统的水平高度达到了288m，但由于高差不同， 无法实现完全封闭的平面线条。目前，露天坑的汇水面积 为70万m2.通过相关工程，到2020 年已成功减少 10 万m2 的汇水面积， 使得露天坑的汇水面积为 60万m2.
4.2 “疏”——采场疏导，确保水流通畅
即确保井下采场的排水通道畅通，各水平上的积水可 以通过 6 个主要排水井流入 -105m 水平，并经过 -105m 水 平的沉淀池沉淀后，通过泄水小井进入 -120m水平。大部 分流到 -120m水平的积水会经过泄水联巷排入泄水井，少 部分则通过-120m水平的排水系统排至地表。
井下开采按每 15m 一个分层进行， 目前，-45m、-60m 水平是主要的回采水平，-45m水平的回采即将结束，与露 天边坡已形成贯通的崩落区，大气降水通过覆盖层和崩落 区汇集至 -45m和 -60m水平。各个分层的汇水通过西 1、西 4、西 6、西 8进风泄水井、西2、西 6 泄水井汇集至 -105m 水平，然后通过排水通道流至两个沉淀池，再经过这两个 沉淀池的沉淀，泄入 -105m ～ -120m 的泄水小井，最后流 入-120m 的专用泄水巷， 并引入泄水井直至-360m水仓。
-120m水平是生产和运输的水平，其水源主要包括裂 隙水、井筒淋水以及 -105m水平的积水。裂隙水和井筒淋 水可以通过水沟排至泄水井 ;-105m水平的积水经过泄水 小井排至 -120m水平，再经过泄水小井联巷的沉淀后，进 入 -120m水平的泄水联巷，部分积水可以通过 -120m水平 的排水系统排至露天，另一部分积水可以通过泄水联巷排 至泄水井。
-135m水平是采区斜坡道和主斜坡道的连接通道，也 是两个斜坡道的汇水点。为了防止 -135m水平在暴雨季节 被淹没，影响汽车运输和人员通行，我们在 -135m水平设 有临时水仓和水泵设备，通过排水管将汇水排至 -120m 的 泄水小井， 然后进入地下采矿排水系统。同时， 在汛期， 需 要确保 -135m水平的水泵正常运转，并避免各个分层的汇 水进入两个斜坡道中。
4.3 “排”——水泵排水，将井下涌水排至地表
通过 -360m水泵房的潜水泵和多级泵将井下涌水汇集 到 -360m 的水仓，然后排至地表。-360m 是最终的汇水和 排水水平，也是矿山防汛抗洪的最后一道防线。露天降水 和井下涌水都将通过 -360m 的排水系统排至地表。为了防止 -360m 及以下的水位被淹没，要求在雨季来临之前对所 有水泵进行检修，确保设备状况良好，同时清理沉淀池和 水仓。在汛期，根据降雨量和操作规程的要求，及时启动 相应数量的水泵进行排水。
4.4 “保”——管理及保障措施，确保各环节正常运行
通过相关的管理办法、管理措施、应急预案以及其他 保障措施，确保矿山防洪系统在汛期正常运行，保障井下 生产作业的安全， 避免矿井被淹等情况发生。
(1)加强露天管理，最大限度地截流在第一道屏障， 加强对露天防洪沟的日常维护，清理水沟杂物，在汛期前 必须确保防洪沟正常排水。随着开采水平的下降和塌陷范 围的扩大，露天防洪系统也会逐步受到破坏，露天汇水面 积也会增大。据中冶北方设计院估算，在露天现有防洪沟 全部失效的情况下，最大汇水面积可达约213.7 万m2.因 此，还可以考虑在塌陷区之外建立永久排水系统，减少塌 陷区的汇水面积。
此外，还应设置临时排水系统。与井下排水相比，露 天排水具有设备移动方便、抽水扬程低和排水费用低等优 点。北一南帮的水泵排水系统应根据塌陷区范围的变化进 行相应调整。同时，根据西帮的稳定情况，考虑在西帮坑 底增加一个临时排水系统。
(2)加强采场各水平的巡查，每季度和每次暴雨前对 采场排水沟系统进行巡查，针对发现的问题提出解决措 施，并形成巡查报告。在雨季来临之前， 必须确保水仓、沉 淀池、吸水井和配水巷的淤泥清理完毕。每年雨季结束后， 应对露天防洪系统进行全面检查和梳理，根据防洪系统的 损坏情况制定下一年的防洪计划，明确责任单位、责任人 和相应的时间节点。
(3)定期检查和维护 -360m水仓水泵房排水所用的水 泵、水管、闸阀、配电设备和输电线路。每年雨季前应进行 全面检修，并对所有水泵进行联合排水试验，及时处理发 现的问题，确保雨季来临前所有水泵正常运行。同时，在 地表排水口设置取样点，要求排放的水质符合污水综合排 放标准的要求。
(4)前期水泵房配备按照降雨频率P=5%(20 年一遇) 进行设计，北一地采将全面破顶，届时露天坑底破口面积 达到 50000m2.露天降雨将通过覆盖层从露天坑底破口直 接进入采场 ;同时，随着开采水平下降，露天防洪系统逐 步受到破坏， 汇水面积逐渐增大， 这些都将增加井下-360m 水平排泥排水的压力。因此，建议提高 -360m水平的设防 能力，可按照 50 年一遇的暴雨补充水泵房水泵(增至 19 台 水泵， 可达到 35.76万m3/d)。
根据降雨频率为P=5%(20 年一遇)对前期水泵房进 行设计。北一地采将全面破顶，露天坑底破口面积将达到 50000m2.在这种情况下，露天降雨将直接通过覆盖层进入 采场。随着开采水平的下降， 露天防洪系统逐渐遭受破坏， 导致汇水面积逐渐增大，这将给井下 -360m水平的排泥排 水工作增加压力。因此，建议提高-360m水平的设防能力， 可以根据 50 年一遇的暴雨情况补充水泵房水泵(增至 19 台水泵， 可达到每天 35.76万m3)。
(5)确保井下排水系统供电。①定期检查井下双回路 电源的切换。②考虑其他备用电源，可以增设发电机，以 便在双回路失效时为水泵供电。另外，对 -360m 水仓、沉 淀池轨道路面进行硬化，避免道渣进入吸水井，对水泵造 成破坏。
(6)完善矿山排水制度，编制防洪计划。每年雨季结 束后，要对露天防洪系统进行全面检查和梳理，根据防洪 系统受损情况， 制定下一步的防洪计划。
(7)为了应对极端降雨天气，不仅需要进行日常管理 工作，以避免意外事故的发生，还需要制定相应的应急预 案，具体如下 ：①组织地下采矿场全体员工学习《地下采 矿场防汛应急预案》，并进行定期演练。当遇到超过 -360m 水平设防能力的极端降雨时，立即启动该应急预案。②公 司需要统一协调指挥，从露天到井下，有序、有步骤地采 取防范措施， 形成完整的防洪专项应急预案， 并进行演练。 ③组织地下采矿场井下作业人员学习《采区泥石流防治预 案》，并定期进行应急演练。在发生突发泥石流事件时，立 即启动该预案。④各逃生出口应设置显著标志，并定期进 行检查， 以确保安全通道畅通。
5 结语
总之，在大暴雨前要做好井下的排水疏导工作，防止 井下各平面出现积水现象，影响矿山排水系统的正常运 行。矿山排水是风、水、电三大系统之一，从最初的设计到 矿石开采，再到闭坑维护，都与矿山排水密切相关。此外， 矿井涌水是威胁矿井安全生产的主要灾害之一。随着铁矿 资源开采向深部转移， 矿井排水工作变得更加重要。因此， 在做好矿井排水工作的同时，建议加强对露天钻孔涌水 量、钻孔水位和矿坑涌水的监测，以指导矿山开发生产工 作 ;在巷道开拓过程中，必须进行超前探水作业，特别是 在断层和接触带部位 ;在开采过程中应加强矿山环境监测 工作。
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