黃玉生，莫 強，劉文安

(1.廣西錫山礦業(yè)有限公司，廣西南寧 530022；2.中信大錳礦業(yè)有限責任公司大新分公司，廣西大新 532315)

1 膠帶斜井水文地質(zhì)災(zāi)害

1.1 斜井井筒工程地質(zhì)條件

膠帶斜井是該礦井的主井，安裝皮帶運輸機，擔負年產(chǎn)60萬t礦石運輸任務(wù)。斜井總斜長850 m，坡度 11(°)，凈斷面 15 m2。揭露的巖層傾角 65(°)～80(°)，走向 210(°)～250(°)，與方位為 227(°)的井筒小角度相交。井筒穿過的圍巖特征見表1。

表1 井筒圍巖分級表

1.2 斜井井筒水文地質(zhì)條件

井筒揭露圍巖為硅質(zhì)灰?guī)r，近地表段巖層風化強烈，裂隙發(fā)育，但位置高于本區(qū)地下水水位，主要是受雨季降雨滲入影響。在288～527 m間巷道頂部經(jīng)鉆孔發(fā)現(xiàn)存在2個較大的3號、5號鉆孔溶洞，2個溶洞相對應(yīng)的地面原本是1條溪流，但現(xiàn)在其上建設(shè)有廠房。天然狀態(tài)下，有地下水排泄帶穿越廠房底部流向地下河入口，如圖1所示。該區(qū)域地段為地下水徑流區(qū)，溶洞較為發(fā)育，井筒在該地段穿越時將會受到地下水威脅。實際施工也證實在該地段礦井涌水較多，涌水量較大，溶洞塌方等地質(zhì)災(zāi)害嚴重，已經(jīng)多次嚴重地影響礦井施工安全及礦井安全。

圖1 井上下對照平面

1.3 井筒水害特征

當井筒掘進至550 m，觀察可見井筒主要涌水段在280～530 m之間。其間發(fā)生2次水災(zāi)害，第1次是在2009年10月21日，井筒掘進至330 m時，在井筒左上幫揭露巖溶通道，通道直徑0.5 m，瞬間突水量很大，約250 m3/h(正常時涌水量60 m3/h)，并攜帶約750 m3的溶洞充填物潰入井筒中，造成淹井。第2次是在2011年9月2日，掘進至498 m時，揭露直徑0.5 m溶洞裂隙，涌水量100 m3/h，雖然突水沒有造成淹井，但對井筒施工影響很大。2次揭露的較大涌水位置都是在巖溶發(fā)育地段，第1次突水、突泥是受3號鉆孔溶洞段影響，在3號巖溶段范圍；第2次在5號巖溶段范圍，見表2。井筒80%的涌水都是在3號～5號溶洞影響范圍內(nèi)，此地段裂隙相對發(fā)育，裂隙涌水范圍大、點多面廣。

表2 礦井水文地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計

1.4 井筒巖溶發(fā)育特征

不同地域、不同的礦床巖溶發(fā)育有很大差異，但巖溶發(fā)育主要受區(qū)內(nèi)巖石的物質(zhì)基礎(chǔ)、構(gòu)造條件、水化學(xué)特征、水的循環(huán)交替強弱作用等影響，造就了一定的區(qū)域內(nèi)巖溶在垂向上沿層位和平面上強弱相間、分布不均一的發(fā)育規(guī)律[1]。

井筒所處地段淺部發(fā)育地下水徑流帶，該區(qū)域巖層傾角約80(°)近直立巖層，井筒方向與巖層走向呈約10(°)小角度斜交狀，井筒頂、底板圍巖呈近直立狀，大多為薄層灰?guī)r。井筒裂隙沿層面發(fā)育，以頂板淋水、底板滲水形態(tài)出現(xiàn)。3號、5號溶洞相對應(yīng)地段裂隙發(fā)育、涌水量增大。3號溶洞相對應(yīng)的巷道左幫頂部揭露直徑約0.5 m2的巖溶通道，涌水量60 m3/h，并攜帶出約750 m3的溶洞充填物潰入礦井，造成礦井被淹。當井筒掘進至465 m時揭露1條直徑約0.5 m的巖溶通道，通道漏水量100 m3/h，這實際上是5號溶洞往深部延伸的1條通道。3號、5號溶洞在深部不同位置與該區(qū)域的同一地下水徑流帶相互聯(lián)通，屬同一地下水徑流系統(tǒng)。地表水、大氣降雨不斷從地表匯入3號、5號溶洞，通過3號、5號溶洞源源不斷補充給徑流帶，隨著旱季、雨季地下水位起伏波動、水的循環(huán)強弱交替作用，徑流帶上溶洞不斷溶化擴大，充填物越積越多，在地下水波動部位及淺部溶洞更容易發(fā)育，充填物更多，所以3號溶洞攜帶出大量充填物。從井下裂隙、溶洞發(fā)育方向沿層面自東南往西北，都明顯體現(xiàn)沿層面發(fā)育的特點。

隨往深部延伸，溶洞發(fā)育相對減弱，特別是遠離3號、5號溶洞后，井筒水害會大幅度減少。表現(xiàn)為：

1)由于初始裂隙寬度不同，造成巖溶發(fā)育強烈分異，導(dǎo)致地下貯存和運動空間不勻程度高，礦坑充水呈現(xiàn)集中、突然形式；

2)突水點和涌水量集中的充水方式，使巖溶充水礦床的巷道中時?？沙霈F(xiàn)有些地段、區(qū)域完全干燥無水，而鄰近可能存在1個很大的蓄水溶洞或?qū)當鄬印r溶地下水徑流帶等，一旦揭露，或采場地下應(yīng)力場發(fā)生改變時(滯后突水)，就會造成突然性的沖潰事故。

1.5 井筒地質(zhì)災(zāi)害情況

1)3號溶洞揭露，大量溶洞充填物潰入礦井，造成礦井被淹，更為嚴重的是引起了地面廠房大面積下沉，威脅廠房安全。地面廠房開裂變形、沉陷，如圖2所示。

圖2 廠房基礎(chǔ)開裂下沉

2)礦井涌水量猛增，威脅施工安全，影響施工進度。

3)礦井排水費用增加，增加成本。

2 井筒地質(zhì)災(zāi)害治理

2.1 地質(zhì)災(zāi)害治理方案

根據(jù)井筒地質(zhì)災(zāi)害特點，提出以下治理方案：a通過地面鉆孔注漿充填，抬升地面，防止地面繼續(xù)下沉，恢復(fù)地面原來狀態(tài)，鞏固廠房基礎(chǔ)和地基；b在井筒揭露溶洞裂隙的地段砌拱、混凝土輔底、裂隙封閉注漿，切斷地下水補給井筒的通道，將含水構(gòu)造拒之于井筒外，減少礦井涌水量，達到徹底治理的目的。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害治理方案實施

引起地面廠房下沉的原因是井筒揭露3號溶洞，大量充填物潰入井筒、地下水位下降等，所以要進行綜合治理，先在地面打鉆孔注漿回填，之后再在井下實施砌拱、注漿等。

2.2.1 地面鉆孔注漿充填及效果

在3號溶洞及周邊、塌陷廠房范圍，共布置鉆孔12個，其中3個揭露溶洞。對所有鉆孔大量注漿充填，共注漿水泥5 000 t。經(jīng)注漿后，地面沉降部位基本恢復(fù)原狀，廠房扶正，達到預(yù)期的治理效果。

2.2.2 井筒水害治理及效果

3號溶洞經(jīng)地面注漿充填鞏固后，井下涌水量減少50%，溶洞不再向井下潰入充填物。2010年2月4日起井下治理工作開始，首先是抽水、清理潰入井下的溶洞充填物(泥、沙)，然后砌筑混凝土，再對裂縫發(fā)育地段、揭露的巖溶通道注漿，減少地下水流入礦井。

井筒掘進至465 m進入5號溶洞影響范圍，揭露了1條含水巖溶管道，直徑0.5 m，涌水量 100 m3/h，至井筒總涌水量增加到200 m3/h，施工受到極大影響。根據(jù)裂隙涌水特點，采用埋管注漿辦法將巖溶管道帷幕封堵，同時涌水較大的裂隙打眼埋管注漿。注漿堵水機理，如圖3所示。注漿后，井筒總涌水量減小到65 m3/h，治理效果達66%，為掘進作業(yè)創(chuàng)造了良好條件，掘進進度由治水前的每月20 m提高到45 m，效果較好。

圖3 5號溶洞巖溶管道堵水施工剖面

2.2.3 治理難點與關(guān)鍵點

井筒涌水地段水害治理是工程的難點，由于裂隙發(fā)育于整個巷道斷面，注漿時漿會從裂隙處流到涌水點而流走，勢必影響到裂隙段拱的注漿效果，不能飽滿時，就會出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，達不到堵水的目的。為此，施工埋放注漿管時，要往裂隙的深部安放3～5條注漿管，通過反復(fù)注漿后，在涌水地段的水面形成帷幕，防止?jié){液隨水點涌出，保證拱注漿飽滿[2]。

關(guān)鍵點是對所有揭露的斷層破碎帶及裂隙發(fā)育帶段巷道進行全面砌拱、混凝土輔底、封閉注漿，在巷道周圍形成了堅固、密封的屏障和不滲漏水的保護層，就如水缸一般[3]。消除地面災(zāi)害有如下3個方法：a在地面有針對性地鉆孔，找到地下的溶洞；b對溶洞進行注漿，把溶洞空腔全部充滿，防止地面繼續(xù)下沉；c采用膨脹注漿使下沉的廠房柱體升回原位。通過地下、地面的綜合治理，把災(zāi)害程度減至最小[4]。

3 結(jié)語

由于井筒裂隙發(fā)育帶滲水地段較長，涌水點分散，裂隙小，在治理時有400 m地段已砌拱，裂隙被隱蔽后，增加了治理工程難度。采用全封式注漿堵水工作方法，在巷道周邊形成了堅固密不漏水的保護層，切斷地下水涌入礦井涌道，杜絕地下水繞流現(xiàn)象，堵水效果好。

礦井水害治理的直接效果是礦井涌水量大幅度減少，節(jié)能降耗；同時增強礦井抗水害能力，確保礦井安全生產(chǎn)，得到了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

[1]潘宏雨，馬鎖柱，劉連成.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：地質(zhì)出版社，2008.

[2]黃德發(fā)，王綜敏，楊彬.地層注漿堵水與加固施工技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[3]郝哲.巖體注漿理論與應(yīng)用[M].北京：地質(zhì)出版社，2006.

[4]張省軍，袁瑞甫.礦山注漿堵水帷幕穩(wěn)定性及監(jiān)測方法[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.