張 勇 張乃寶
(萊鋼集團(tuán)萊蕪礦業(yè)有限公司)
大水礦山區(qū)段注漿堵水實(shí)踐
張 勇 張乃寶
(萊鋼集團(tuán)萊蕪礦業(yè)有限公司)
谷家臺(tái)鐵礦作為大水礦山,采用近礦體頂板灰?guī)r帷幕注漿堵水技術(shù)成功治理了地下水隱患,在注漿形成的上盤(pán)帷幕隔水層下實(shí)現(xiàn)了安全采礦。從鉆孔施工步驟、斷層和地勘鉆孔治理等方面介紹了礦房采礦前的注漿堵水實(shí)施過(guò)程及其效果,對(duì)類(lèi)似礦山具有一定的借鑒作用。
大水礦山 注漿堵水 安全采礦
谷家臺(tái)鐵礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜,礦床地質(zhì)構(gòu)造和灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育,地表含水層通過(guò)“天窗”與礦體頂板灰?guī)r含水層相連,補(bǔ)給豐富,地下水徑流通道暢通,靜儲(chǔ)量大,屬大水礦山。由于疏干難度大,該礦采用礦體近頂板灰?guī)r帷幕注漿堵水技術(shù),經(jīng)過(guò)多年來(lái)持續(xù)不斷地注漿,基本消除了開(kāi)拓范圍內(nèi)的地下水隱患。
某區(qū)段礦體沿走向長(zhǎng)200 m,礦石地質(zhì)儲(chǔ)量為35萬(wàn)t,階段高40 m,礦體水平厚6.9~28.7 m,傾角為23°~38°,局部上盤(pán)接觸帶大理巖與礦體穿插。礦石為中粗粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,呈似層狀,硬度中等,平均地質(zhì)品位為47.64%。礦體頂板巖石主要為大理巖,巖溶裂隙較發(fā)育,穩(wěn)固性好。底板主要為閃長(zhǎng)巖,致密堅(jiān)硬,節(jié)理裂隙較發(fā)育,蝕變程度強(qiáng)的較松軟。
本區(qū)段水文地質(zhì)條件屬中等復(fù)雜類(lèi)型,礦體頂板巖溶發(fā)育呈上強(qiáng)下弱趨勢(shì),灰?guī)r導(dǎo)水通道以張性裂隙為主,多為F1斷層的次生裂隙,導(dǎo)水性強(qiáng)。F1斷層在該區(qū)段礦體上盤(pán)邊界100 m附近,斷層近處的灰?guī)r巖溶較為發(fā)育,導(dǎo)水性和富水性強(qiáng)。礦體內(nèi)裂隙較發(fā)育,多為張性,具有一定的導(dǎo)水性。
2.1 近礦體頂板注漿堵水方案
根據(jù)礦床水文地質(zhì)條件,充分利用灰?guī)r含水層的富水性、透水性呈各向異性的特點(diǎn),結(jié)合礦井開(kāi)拓和采準(zhǔn)工程,在井下近礦體向上盤(pán)灰?guī)r內(nèi)施工鉆孔,然后注入單液水泥漿,對(duì)巖溶裂隙充塞密實(shí),將灰?guī)r連接并加固成隔水體,使之形成平行于礦體的傾斜帷幕,以防止地下水進(jìn)入采場(chǎng)。
2.2 本區(qū)段治水方案
該區(qū)段的注漿堵水方案分3步實(shí)施。第一步先在階段水平距礦體下盤(pán)邊界20 m左右施工探水孔,鉆孔超出礦體上盤(pán)邊界,可起到探礦、探水、預(yù)注漿等作用;第二步施工注漿孔,鉆孔深入灰?guī)r內(nèi)40 m 以上,形成帷幕注漿層;第三步施工檢查孔,檢驗(yàn)一、二步注漿效果,同時(shí)起到查缺補(bǔ)漏的作用。
3.1 一、二步鉆探注漿
本區(qū)段階段高40 m,一、二步鉆探注漿主要在-10,-50 m階段水平實(shí)施。-10 m水平布置鉆孔42個(gè),施工過(guò)程中有2個(gè)鉆孔揭露灰?guī)r小溶洞,揭露多處灰?guī)r碎裂帶,多為鈣質(zhì)、泥質(zhì)膠結(jié),具有較弱的導(dǎo)水特性,是局部存在小淋水的主要原因;其中水量小于5 m3/h的鉆孔有33個(gè),水量在5~20 m3/h鉆孔有8個(gè),水量大于20 m3/h的鉆孔有1個(gè),單孔最大水量為26 m3/h。-50 m水平布置鉆孔39個(gè),鉆孔沒(méi)有揭露溶洞,涌水全部為揭露灰?guī)r裂隙導(dǎo)水,說(shuō)明該區(qū)段下部灰?guī)r巖溶不發(fā)育;鉆孔水量小于5 m3/h的鉆孔有8個(gè),水量在5~20 m3/h的鉆孔有20個(gè),水量在20 m3/h以上的鉆孔有11個(gè),單孔最大水量為198 m3/h。鉆孔注漿量見(jiàn)表1。
表1 一、二步鉆探注漿量統(tǒng)計(jì)
3.2 三步檢查孔施工
本區(qū)段分層高13 m左右,共分4層,完成一、二步鉆探注漿后,在每個(gè)分層均布置一定數(shù)量的檢查鉆孔,同時(shí)為消除區(qū)段注漿邊緣以外的灰?guī)r地下水繞流對(duì)采礦影響,區(qū)段兩端的檢查孔超出前期注漿一定范圍。4個(gè)分層共計(jì)施工檢查孔62個(gè),檢查孔出水量在0.2~5 m3/h,總水量為130.75 m3/h,總注漿量為355.5 t。檢查孔的出水點(diǎn)數(shù)量少,揭露的絕大多數(shù)的張性導(dǎo)水裂隙被水泥結(jié)石體充填,個(gè)別鉆孔揭露的小溶洞被水泥結(jié)石體充填良好,溶洞位置基本無(wú)水,由此可以推斷礦體近頂板灰?guī)r的巖溶裂隙導(dǎo)水通道被不同時(shí)期的注漿水泥封堵。
3.3 斷層治理
本區(qū)段主要受F1斷層影響,該斷層走向SE,傾向NE ,傾角為62°左右,斷層上盤(pán)多為蝕變閃長(zhǎng)巖,下盤(pán)為灰?guī)r。斷層近處的灰?guī)r巖溶較為發(fā)育,導(dǎo)水性、富水性強(qiáng),巖溶發(fā)育區(qū)距離礦體相對(duì)較遠(yuǎn)。為消除斷層對(duì)采礦的影響,一、二步對(duì)斷層區(qū)域進(jìn)行加密鉆孔注漿,檢查孔揭露巖心發(fā)現(xiàn)注漿水泥封堵了礦體頂板灰?guī)r的導(dǎo)水裂隙,切斷了斷層及其附近的巖溶向礦體的導(dǎo)水通道,注漿封堵F1斷層效果較好。
3.4 地質(zhì)勘探鉆孔治理
由于地質(zhì)勘探鉆孔從上盤(pán)含水層穿過(guò)礦體,封孔時(shí)若存在質(zhì)量問(wèn)題,有可能造成涌水。根據(jù)礦體邊界與勘探工程布置對(duì)比,本區(qū)段穿過(guò)礦體的勘探鉆孔只有CK21孔,經(jīng)查閱資料,該勘探鉆孔采用黃泥球封堵。井下鉆孔位于-10 m水平上盤(pán)礦巖接觸帶位置,在一、二步注漿時(shí)對(duì)該鉆孔及周?chē)鷧^(qū)域?qū)iT(mén)進(jìn)行了治理,針對(duì)該鉆孔施工檢查孔發(fā)現(xiàn)周?chē)鸁o(wú)漏水現(xiàn)象,說(shuō)明已消除水隱患。
3.5 現(xiàn)場(chǎng)淋水檢查
三步注漿完成后,通過(guò)對(duì)該區(qū)段已有采準(zhǔn)巷道進(jìn)行檢查,各分層水平的淋水主要分布在礦體裂隙發(fā)育位置或上盤(pán)接觸帶碎裂巖區(qū)域,總量約2 m3/h,淋水無(wú)壓力顯現(xiàn),分析認(rèn)為,礦房?jī)?nèi)的殘余淋水對(duì)采礦不會(huì)產(chǎn)生影響。
2 a來(lái),采用本區(qū)段上盤(pán)灰?guī)r注漿堵水方案共計(jì)施工注漿鉆孔10 018 m,注入水泥量3 119 t。該區(qū)段經(jīng)過(guò)一、二步注漿,第三步檢查孔出水量?jī)H為注漿鉆孔總水量的8.1%,檢查孔注漿量為注漿總量的11.4%。分析灰?guī)r導(dǎo)水裂隙、勘探鉆孔等導(dǎo)水通道的注漿封堵情況,認(rèn)為該區(qū)段礦體頂板灰?guī)r注漿堵水所形成的注漿隔水厚度達(dá)到預(yù)期效果。為了保護(hù)上盤(pán)灰?guī)r帷幕注漿隔水層,防止采礦過(guò)程中對(duì)其造成較大影響和破壞,應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
(1)采礦區(qū)段應(yīng)選擇在整體鉆探注漿覆蓋范圍以?xún)?nèi),并在覆蓋邊界兩側(cè)預(yù)留一定的安全距離。
(2)在采礦生產(chǎn)中,若出現(xiàn)炮孔涌水,并有壓力顯現(xiàn)等出水征兆,應(yīng)立即停止作業(yè)并及時(shí)匯報(bào),不得帶水作業(yè)。
(3)爆破作業(yè)時(shí),周邊眼應(yīng)采用光面爆破,避免劇烈爆破震動(dòng)對(duì)礦體頂板帷幕注漿隔水層產(chǎn)生不良影響;同時(shí)采礦過(guò)程中應(yīng)加快回采速度,及時(shí)充填采空區(qū),避免空?qǐng)鰰r(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起頂板圍巖的變形破壞。
2014-08-22)
張 勇(1980—),男,工程師,271100 山東省萊蕪市。