嚴(yán)國(guó)棟 李富平 李聞杰 高玉倩

摘 要:文章闡述了南李莊鐵礦防治水技術(shù)的現(xiàn)狀,論述-20m馬頭門(mén)突水的發(fā)生、發(fā)展及封堵過(guò)程,提出了掘砌面預(yù)注漿、特殊巖層加倍預(yù)注漿、超前探水等防治水技術(shù)方法,并指出帷幕注漿是大水金屬礦山防治水的發(fā)展方向,近礦體帷幕注漿將得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:掘砌面預(yù)注漿超前探水帷幕注漿防治水

中圖分類(lèi)號(hào):TD214 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)05(b)-0114-01

1 南李莊鐵礦井巷工程概況

南李莊鐵礦區(qū)位于河北省邯鄲市西15km,為邯鄲縣和武安市交界處。根據(jù)開(kāi)采現(xiàn)狀及礦體的賦存條件,南李莊鐵礦設(shè)計(jì)一期開(kāi)采工程共布置5個(gè)中段,分別為:-20m、-60m、-100m、-140m、-175m,其中-20m中段為回風(fēng)中段,其他4個(gè)中段為回采中段,中段高度35m～40m。南李莊鐵礦主井地面標(biāo)高267.2m,一期最低開(kāi)采中段為-175m,疏干工程和永久排水系統(tǒng)布置在-175m中段。各個(gè)中段的開(kāi)采涌水通過(guò)泄水井匯集到-175m水平的水倉(cāng)內(nèi),通過(guò)敷設(shè)在主井內(nèi)的排水管排出地表。

2007年,該礦掘進(jìn)了兩條豎井,其中:主井已掘進(jìn)到-60m中段,井徑Φ5.5m;風(fēng)井已掘進(jìn)到-60m中段,井徑Φ3.5m,井筒混凝土支護(hù)厚度均為300mm。

2 南李莊鐵礦水文地質(zhì)條件

礦區(qū)處于奧陶系的灰?guī)r巖溶裂隙水水文地質(zhì)區(qū)內(nèi),礦床主要賦存于上馬家溝組二段(O22-2)灰?guī)r地層中。地下水位標(biāo)高在100～114m間,礦床位于潛水面以下120～114m,主要涌水來(lái)源為奧陶系巖溶水。預(yù)測(cè)-150m標(biāo)高礦坑涌水量:枯水期59180m3/d,豐水期74470m3/d,礦床開(kāi)采時(shí)如遇導(dǎo)水?dāng)鄬?礦坑涌水量可能增加。礦區(qū)水文地質(zhì)條件屬頂?shù)装逯苯舆M(jìn)水的水文地質(zhì)條件復(fù)雜的巖溶大水礦床。

3 -20m馬頭門(mén)突水及堵水實(shí)例

2010年邯鄲縣金源礦業(yè)有限公司開(kāi)始恢復(fù)南李莊鐵礦主井建設(shè)。水位降到-60m標(biāo)高后,由于原井筒在-20m中段未掘砌馬頭門(mén),而-20m中段回風(fēng)巷是整個(gè)礦區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵,加之當(dāng)時(shí)井筒內(nèi)管路設(shè)備較少,爆破產(chǎn)生的影響比以后施工要小的多,因此確定先進(jìn)行-20m中段馬頭門(mén)掘砌工作。

3.1 -20m馬頭門(mén)掘砌面預(yù)注漿

-20m馬頭門(mén)設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面規(guī)格為3.5×3m,設(shè)計(jì)開(kāi)鑿長(zhǎng)度10m。掘鑿施工前圍繞-20m馬頭門(mén)輪廓進(jìn)行了工作面預(yù)注漿,注漿孔間距1m,孔深15m,鑿巖傾角向外側(cè)傾斜8°,以此擴(kuò)大漿液影響范圍,增強(qiáng)注漿堵水效果;安裝孔口管及配套球閥,嚴(yán)防施工過(guò)程出現(xiàn)涌水量突增。

3.2 -20m馬頭門(mén)突水過(guò)程

-20m馬頭門(mén)掘進(jìn)面預(yù)注漿過(guò)了養(yǎng)護(hù)期,對(duì)馬頭門(mén)進(jìn)行超前探水后開(kāi)始掘砌。馬頭門(mén)巷道掘鑿至9.8m處時(shí),由于巷道內(nèi)水文地質(zhì)情況復(fù)雜,裂隙極為發(fā)育,因放炮震動(dòng)使原本因注漿封閉的巖石裂隙重新裂開(kāi),致使在距掌子面2.0m的底板右側(cè)發(fā)生突水(突水點(diǎn)距井筒7.8m)。剛開(kāi)始,只是單突水點(diǎn),突水點(diǎn)規(guī)格1.5m×1.9m,涌水量50m3/h。2h后,涌水量逐漸變大,大于井筒排水能力(120m3/h)而淹井。隨后,施工隊(duì)增加了一臺(tái)排水泵(排水能力120m3/h),井筒水位降至-20m水平,施工人員進(jìn)入-20m馬頭門(mén)巷道內(nèi)進(jìn)行治水前勘察,發(fā)現(xiàn)距離原突水點(diǎn)0.5m處新增一突水點(diǎn),規(guī)格為0.6m×0.6m。期間,施工人員進(jìn)行突水點(diǎn)注漿治水準(zhǔn)備工作,從地表沿井筒至突水點(diǎn)敷設(shè)預(yù)埋了兩路φ32mm注漿管伸入涌水孔洞內(nèi)。剛敷設(shè)完注漿管,隨著涌水量繼續(xù)不斷增大,最終超出井筒排水能力導(dǎo)致又一次淹井。最后,下放了一臺(tái)大泵(排水能力1570m3/h),同原來(lái)下放的兩臺(tái)小泵(排水能力各120m3/h)一起繼續(xù)排水,但井筒內(nèi)涌水量越來(lái)越大,估測(cè)最大涌水量為1700m3/h以上。經(jīng)過(guò)連續(xù)強(qiáng)排水10天后,主井水位穩(wěn)定在0.34m標(biāo)高,井筒被淹,強(qiáng)排水已不能解決涌水問(wèn)題。

3.3 -20m馬頭門(mén)堵水

2011年1月實(shí)施經(jīng)專家論證通過(guò)的《-20m馬頭門(mén)涌水封堵技術(shù)方案》,對(duì)-20m馬頭門(mén)灌注漿進(jìn)行堵水。總的施工步驟是:第一步,借助-20m馬頭門(mén)掘砌時(shí)固定在井筒-20m標(biāo)高的雙層吊盤(pán),在吊盤(pán)上拋填充物作為馬頭門(mén)注漿的擋漿墻,填充物底層拋體積大、重量輕的物料將吊盤(pán)上的孔洞及縫隙密封嚴(yán)密。同時(shí),從地表再下放一根φ75mm鋼管作為備用注漿管。第二步,利用原來(lái)預(yù)設(shè)的兩條注漿管,實(shí)施涌水點(diǎn)的灌注漿作業(yè),直至填滿整個(gè)馬頭門(mén)空間。注漿結(jié)束后,進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時(shí)間很據(jù)試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)來(lái)確定。第三步,兩個(gè)涌水點(diǎn)及馬頭門(mén)灌注漿封堵結(jié)束過(guò)了養(yǎng)護(hù)期后,對(duì)井筒進(jìn)行排水,將水位降低,然后人員進(jìn)入作業(yè)面對(duì)吊盤(pán)上的填充物進(jìn)行清理。第四步,對(duì)-20m馬頭門(mén)進(jìn)行加固及注漿止水,或根據(jù)情況修筑堵水墻,再注漿止水。方案實(shí)施后,共注入290t水泥、7噸水玻璃,經(jīng)過(guò)加固和注漿止水,成功封堵住了-20m馬頭門(mén)涌水。

4 防水措施探討

南李莊鐵礦位于巖溶地區(qū),水文地質(zhì)條件復(fù)雜,是典型的大水巖溶礦山。針對(duì)南李莊鐵礦-20m馬頭門(mén)掘砌過(guò)程中發(fā)生的突水,提出如下防水技術(shù)措施:

4.1 掘砌面預(yù)注漿

在豎井、馬頭門(mén)和平巷掘砌前,都要進(jìn)行工作面預(yù)注漿,而且采取鉆孔、注漿、掃孔、再注漿的循環(huán)注漿方式,強(qiáng)化注漿質(zhì)量,封堵溶洞及裂隙。2011年11月,主井在-60m下掘前,進(jìn)行了近一個(gè)月的下掘面預(yù)注漿工作。12月井筒下掘時(shí),井壁幾乎無(wú)淋水,注漿效果明顯。

4.2 特殊巖層加倍預(yù)注漿

-20m馬頭門(mén)掘砌前進(jìn)行了預(yù)注漿,但是仍發(fā)生了涌水。據(jù)礦山初步設(shè)計(jì)資料和-20m馬頭門(mén)掘鑿揭露圍巖情況分析,-20m涌水類(lèi)型為奧陶系碳酸鹽巖類(lèi)構(gòu)造巖溶裂隙含水層層間水,圍巖蝕變主要為大理巖化和綠泥石化,埋深大、水力梯度大,各含水層間水力聯(lián)系較好,徑流通暢補(bǔ)給充足。因此,在特殊巖層,可在注漿圈外側(cè)再增加一圈注漿孔,采用三角形布孔,加大注漿厚度,強(qiáng)化注漿質(zhì)量,確保特殊巖層掘進(jìn)安全。

4.3 高度重視,措施及時(shí)

對(duì)于大水礦山,施工隊(duì)伍未引起足夠重視。-20m馬頭門(mén)涌水前有兩個(gè)小時(shí)的處置時(shí)間。因此,施工隊(duì)伍應(yīng)制定防治水預(yù)案,在井巷掘進(jìn)中,即使是很小的出水點(diǎn),也要引起足夠重視。在主井下掘中,已制定了應(yīng)對(duì)出水點(diǎn)的治水措施。

4.4 超前探水

掘砌面雖進(jìn)行預(yù)注漿,在掘進(jìn)前仍要堅(jiān)持“超前探水”的原則,發(fā)現(xiàn)涌水立即注漿封堵。

目前,針對(duì)巖溶大水,南李莊鐵礦已決定實(shí)施地面帷幕注漿工程,目前,施工隊(duì)伍正進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘。帷幕注漿工程竣工后,幕內(nèi)地下水涌水量控制在10000m3/d,同時(shí)對(duì)幕內(nèi)地下水進(jìn)行疏干,將最大限度地保證礦山安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 辛小毛,王亮.大水金屬礦山防治水綜合技術(shù)方法的研究[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2009(4):78～81.