在地表每隔10米就鉆一個直徑75mm、深達(dá)幾百米的孔，向內(nèi)注入高壓水泥漿液，用水泥漿墻將礦藏合圍，攔截地下水，而后進(jìn)行開采。這短短的幾句話，描述的是一種名為“帷幕注漿”的礦山開采地下水治理方法的基本原理。
聽起來簡單，實則是一項顛覆性突破。
該技術(shù)是天津華北地質(zhì)勘查局的核心技術(shù)之一，華勘局不僅曾用這一個個直徑75mm的小孔為“限采”礦山“解封”，讓可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“金山銀山”真正發(fā)揮作用，還將這項技術(shù)廣泛應(yīng)用，十余年間守護(hù)了祖國各地的綠水青山。
(中關(guān)鐵礦帷幕注漿鉆塔)
“金山銀山” 只可遠(yuǎn)觀
華勘局前身為重工業(yè)部鋼鐵工業(yè)管理局資源勘探總隊，成立于1952年。1965年，華勘局以創(chuàng)新的“低緩磁異常理論”方法在河北省邢臺市中關(guān)一帶發(fā)現(xiàn)了一處鐵礦，經(jīng)探查這是一處儲量約為9500萬噸的大型磁鐵礦，命名為“中關(guān)鐵礦”。中關(guān)鐵礦是典型的矽卡巖型富鐵礦床，品味接近50%，較赤鐵礦，磁鐵礦更易冶煉，價值更高。
邢臺市、邯鄲市一帶是傳統(tǒng)礦業(yè)開采區(qū)，在面積達(dá)1300平方公里的“邯邢鐵礦田”內(nèi)，目前已探明的鐵礦就達(dá)24個，此外還有其他種類的礦藏，“中關(guān)鐵礦”是其中的佼佼者。
鋼鐵是工業(yè)發(fā)展的重要原材料，中關(guān)鐵礦被發(fā)現(xiàn)后曾計劃開采。按照慣例，礦產(chǎn)開采前需先進(jìn)行水文地質(zhì)勘探工作，取得水文地質(zhì)參數(shù)后，才可能進(jìn)入正式開采環(huán)節(jié)。“在邯邢地區(qū)早期的水文地質(zhì)勘探中，五一七大隊利用當(dāng)時普遍采用的小口徑抽水試驗取得了水文地質(zhì)參數(shù)，但到正式開采時，發(fā)現(xiàn)情況與測算不符，當(dāng)時的技術(shù)人員懷疑是小口徑抽水試驗影響半徑太小，得到的地層滲透系數(shù)等水文地質(zhì)計算參數(shù)不夠準(zhǔn)確，于是我們又改為利用大口徑抽水試驗求取參數(shù)?！碧旖蛉A北地質(zhì)勘查局原五一七大隊隊長宋峰說。
天津華北地質(zhì)勘查局五一七大隊是原重工業(yè)部成立的唯一一支成建制的水文地質(zhì)專業(yè)勘探隊，專門為礦山開采提供水文地質(zhì)服務(wù)，中關(guān)鐵礦的水文地質(zhì)勘查工作一直由五一七大隊負(fù)責(zé)。二十世紀(jì)后半葉開始廣泛采用的疏干排水法，是最常規(guī)的采礦地下水治理方法，但在中關(guān)鐵礦，這個方法行不通了。
“鍋沿”上的幾百萬人口
從地形上看，“邯邢鐵礦田”像一口由西南向東北傾斜的大鍋，中關(guān)鐵礦在接近“鍋底”的位置，邢臺市位于“邯邢鐵礦田”東北方向的“鍋沿”附近。
在南水北調(diào)工程投入使用之前，邢臺市及周邊的工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活用水主要取自附近的百泉泉域，百泉泉域為邯邢區(qū)域地下水的天然排泄區(qū)，出水量大，地下水自流量可達(dá)5m3/s，曾灌溉過幾百萬畝土地，邢臺市別稱“百泉之城”，正是因歷史上平地出泉無數(shù)而得名。所謂平地出泉，就是地下水涌出地面。
百泉泉域的水滋養(yǎng)著這片土地，但也困住了中關(guān)鐵礦。傳統(tǒng)的疏干法排干礦床內(nèi)的地下水不僅困難很大，更重要的是，大量抽水會使地下水位進(jìn)一步下降，嚴(yán)重影響邢臺市幾百萬人口的生活用水以及工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。“經(jīng)濟(jì)發(fā)展起來，用水量自然會加大，根據(jù)我們的監(jiān)測，上世紀(jì)90年代中期，邢臺市的地下水位已經(jīng)明顯下降，排泄點從自流井下降到地下20多米，如果中關(guān)鐵礦用疏干法大量抽水，根據(jù)測算，地下水位要再下降300余米，對于整個地區(qū)來說，這個后果是無法承受的。”宋峰說。
反復(fù)論證后，中關(guān)鐵礦被列為了“限制開采”礦山。
半年打下一個孔
時間進(jìn)入2000年，國際市場鐵礦石價格飆升，彼時掌握著中關(guān)鐵礦礦權(quán)的邯鄲鋼鐵集團(tuán)公司找到華勘局，希望重啟中關(guān)鐵礦的開采。
2004年，五一七大隊對中關(guān)鐵礦再一次進(jìn)行水文地質(zhì)勘探，結(jié)論仍是疏干法不可行。但由于五一七大隊曾對全國各地有色金屬礦山的水文地質(zhì)工作負(fù)有管理職能，所以信息渠道十分廣泛，針對中關(guān)鐵礦的開采方法，五一七大隊提出了新的想法?！爱?dāng)時其他省份有一些礦山采用帷幕注漿方法封堵開采過程中的透水，但應(yīng)用范圍都比較小，我們五一七大隊的第一任總工程師張永交提出，用預(yù)注漿的方法，先攔截中關(guān)鐵礦的地下水，然后開采?！彼畏寤貞浀?。
這個想法究竟可不可行，需要試驗來證明。
困難來自方方面面。帷幕注漿的孔深達(dá)幾百米，鉆孔需要盡量保持垂直，前后左右偏差不能超過2米;想知道鉆孔是否垂直，又沒有合適、達(dá)標(biāo)的測斜工具;最重要的是，帷幕注漿是單排孔，也就是說，每個孔都不能出問題，這只地下的“木桶”，不能有任何一塊“短板”。
第一個試驗孔足足打了半年多，2005年一年只打了5個注漿孔、5個檢查孔，總計10個孔。經(jīng)過2年的試驗，經(jīng)專家及政府主管部門論證同意，2008年5月26日，中關(guān)鐵礦帷幕注漿工程正式開鉆，此時五一七大隊對孔洞糾斜、檢測、壓力確定、漿液確定等各個環(huán)節(jié)都有了較為充分的把握，30幾臺鉆機(jī)塔林立在起伏的低山丘陵上，共同作業(yè)，晝夜不停。
超預(yù)期效果 地表“零排放”
縱使試驗再周密，實際操作仍會遇到新情況。
百泉泉域地下有大量石灰?guī)r，石灰?guī)r經(jīng)流水侵蝕形成多溶洞的喀斯特地貌?！霸卺∧坏奈鞅苯?，溶洞要多一些，我們會先通過實驗對溶洞類型做出評判，再決定怎么辦。”時任五一七大隊注漿公司中關(guān)項目技術(shù)部部長賈偉杰說，“試驗時遇到過小溶洞，但正式打孔時遇到了一個大溶洞，誰都不知道這個洞有多大，有的溶洞可以連通幾十米、上百米?！?/p>
賈偉杰在“邯邢鐵礦田”一帶工作了6年，對這片地區(qū)的地質(zhì)情況有著較為全面的了解，他叫停了鉆探和注漿， “水泥打進(jìn)去就被水沖走了，沒有意義。我們嘗試著加入一些固體物，看能不能把洞堵上。”
谷糠、沙子、小石子……各種各樣的填充物被倒進(jìn)深不見底的洞里?！澳莻€孔擴(kuò)了直徑，你別看那么小的小石子，倒著倒著就堵了，堵上可就麻煩了?！彼畏逭f。
這個孔最終的注漿水泥用量是計算量的20倍?！八晕覀冡∧蛔{技術(shù)走到哪都是包工不包料，因為不確定用量到底是多少?！彼畏逍χf。
2年時間，五一七大隊沿著中關(guān)鐵礦外圍，共打了314個孔，孔均深度700余米，最深的孔達(dá)800余米，最淺的孔也有580余米。帷幕取得了超預(yù)期效果，擋住了中關(guān)鐵礦85%的地下水，超出了堵水率80%的設(shè)計值，標(biāo)志著帷幕注漿技術(shù)在采礦地下水治理領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的成功。
礦床內(nèi)最終只抽出了2萬多立方米地下水，這些水以前會就地排放，但五一七大隊利用獨有的“礦床地下水地表零排放理論”，將這些地下水又就地排回地下水系統(tǒng)，做到了對水資源最大限度的保護(hù)。
不成立的選擇題
“邯邢鐵礦田”內(nèi)的眾多礦都存在地下水過多的開采難題，中關(guān)鐵礦試驗帷幕注漿技術(shù)時，附近礦的技術(shù)人員們就常來圍觀，中關(guān)鐵礦帷幕注漿項目剛一完成，相距僅20公里的南李莊鐵礦就向五一七大隊發(fā)來了帷幕注漿施工的“邀請函”。南李莊也是矽卡巖型鐵礦，屬于典型的富鐵礦，探明儲量達(dá)6000多萬噸。
除了“田內(nèi)復(fù)制”，近年來，五一七大隊還奔走于山東、云南、江西、內(nèi)蒙古、黑龍江、甘肅等地，一邊用帷幕注漿技術(shù)破解“金山銀山”的開采之困，一邊顯著降低各地礦藏開采對水資源的影響，守護(hù)了祖國各地的綠水青山。
帷幕形成以后，中關(guān)鐵礦投產(chǎn)多年，目前仍在開采中，礦石供應(yīng)華北幾大重要鋼鐵廠，為華北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
2022年，干涸多年的百泉泉域出現(xiàn)復(fù)涌，這既是邢臺市多年堅持地下水治理的成果，也有“邯邢鐵礦田”內(nèi)各個帷幕注漿工程的一份功勞。
(邢臺經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)百泉泉域一處復(fù)涌泉眼)
當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不再理所當(dāng)然地預(yù)設(shè)犧牲生態(tài)環(huán)境的立場，當(dāng)面對自然資源不再只生掠奪之心而存敬畏之意，要綠水青山還是要金山銀山，自然就成了一道不成立的選擇題。
綠水青山就是金山銀山，“兩山”千百年來一直相伴共生，無論城市里的燈火璀璨、車水馬龍，還是清幽山澗里的小溪潺潺、白鷺翩飛，都是美麗中國畫卷里的動人詩篇。
