劉 雨

（湖南省國土空間調查監(jiān)測所，湖南 長沙 410129）

1 工程概況

某公司礦區(qū)現(xiàn)地下礦產(chǎn)開采最低標高為1031米中段，目前已探明1031米中段以下尚有儲量豐富的礦藏，以開發(fā)深部礦藏為目的的深部資源持續(xù)接替工程系該公司戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃的重點，該深部資源接替工程配套建設的礦山豎井又是該工程的重中之重。

擬建某豎井工程擬采用盲豎井，井口設于現(xiàn)1031m水平巷道內(nèi)，設計井筒深度971m（井底標高60m），凈直徑5.5m，提升機硐室標高1097m～1031m。該豎井將作為采礦人員﹑設備﹑材料及礦石等運輸?shù)闹饕ǖ繹1]。

擬建盲豎井鉆孔孔口標高約1034.76m。設計孔底標高55.0m，設計預定鉆深980m。實際完成鉆探工作量733.1m，對應標高1034.76m～301.66m。

2 豎井場地地層巖性

根據(jù)本次勘察結果,結合業(yè)主提供的礦區(qū)地質資料，擬建豎井標高1097m至鉆孔深度所揭露地層的巖性特征按揭露順序自上而下描述如下：

（1）上泥盆統(tǒng)宰格組（D3zg）：白云巖﹑硅質白云巖﹑微-粉晶白云巖，泥晶灰?guī)r。在區(qū)內(nèi)可分為上﹑中﹑下三段，本次勘探鉆孔揭露視厚度456.9m，真厚度約287.54m。

宰格組第3段（D3zg3）①：細-微晶結構，厚層狀白云巖為主，巖芯多呈短柱狀﹑大塊狀﹑塊狀，少量柱狀﹑碎塊狀。該層分布標高為1097m～1013.76m，其中標高1097m～1034.76m,系根據(jù)業(yè)主提供的礦區(qū)地層資料結合下部鉆探資料綜合描述；標高1034.76m～1013.76m段,孔深0.0～21.0m，為本次鉆孔揭露,揭露視厚度為21.0m，真厚度約13.22m。

宰格組第2段（D3zg2）②：細-微晶結構，厚層狀白云巖為主，巖芯多呈碎塊狀﹑大塊狀，少量短柱狀﹑柱狀。在孔深21.0m～155.1m揭露，揭露視厚度134.1m，真厚度約84.39m。

宰格組第1段（D3zg1）③：巖性主要以白云巖為主，巖芯呈碎塊狀，大塊狀﹑短柱狀。在孔深155.1m～456.9m揭露，揭露視厚度301.8m，真厚度約189.93m。

（2）中泥盆統(tǒng)?？诮M（D2h）④：灰黑色﹑黑色粉砂巖為主，巖芯多呈餅狀﹑短柱狀﹑長柱狀﹑碎塊狀。在鉆孔456.9m～479.3m揭露，揭露視厚度22.4m，真厚度約14.10m。

（3）下寒武統(tǒng)筇竹寺組（∈1q）⑤：灰黑色﹑黑色炭質頁巖為主，巖芯多呈短柱狀﹑柱狀﹑碎塊狀。位于孔深479.3m～495.2m，揭露視厚度15.9m，真厚度約10.01m。

（4）上震旦統(tǒng)燈影組（Zz2dn）⑥：灰色﹑淺灰色﹑硅質﹑細-微晶結構﹑厚層狀白云巖為主，巖芯呈碎塊狀﹑角礫狀，少量大塊狀﹑短柱狀。在孔深495.2m～692.9m揭露，揭露視厚度197.7m，真厚度約124.42m。

（5）上震旦統(tǒng)陡山沱組（Zz2d）⑦：灰黑色﹑細-微晶結構﹑厚層狀白云巖，巖芯多呈短柱狀﹑大塊狀﹑碎塊狀。在鉆孔692.9m到終孔深度733.1m，均為該組地層，揭露視厚度40.2m，真厚度約25.30m。

3 豎井場地水文地質條件

3.1 地表水

擬建豎井場地地表水C江為區(qū)內(nèi)主要河流，縱貫全區(qū)，為當?shù)刈畲蠛颓懈钭钌畹牡乇硭w。C江河床標高約1554.9m，礦區(qū)目前開拓的最低坑道為1031m中段。根據(jù)本次勘察，擬建豎井提升機硐室部分（標高1097m～1031m段）及勘探鉆孔0.00～96.40m深度范圍地下水基本被疏干，C江水可能沿構造裂隙補給該段地下水，但補給量小，補給有限，易于疏干。

3.2 地下水

擬建場地位于山體深部，地下水類型主要表現(xiàn)為構造裂隙水，賦存于各層內(nèi)的構造裂隙及破碎帶中。

根據(jù)區(qū)域水文資料及鉆探結果，各含水層的賦水特征如下：

（1）泥盆系宰格組（D3zg）巖溶裂隙含水層：層內(nèi)斷層構造裂隙及破碎帶發(fā)育，裂隙連通性一般～好，未見大的巖溶現(xiàn)象，涌水量相對較小，為中等富水性含水層。

（2）中泥盆統(tǒng)?？诮M﹑下寒武統(tǒng)筇竹寺組（D2h+∈1q）砂巖﹑頁巖隔水層：含少量裂隙水，徑流模量0.52～1.47 l/s.km2，隔水性能良好。

（3）震旦系（Zz2dn+Zz2d）巖溶裂隙含水層：鉆探時未見大的巖溶現(xiàn)象，但層內(nèi)斷層構造裂隙及破碎帶發(fā)育，裂隙連通性一般～好，為強富水性含水層[2-4]。

3.3 地層滲透性

為了解場地內(nèi)基巖的節(jié)理裂隙的滲透性能，本次勘察在泥盆系宰格組巖溶裂隙含水層（D3zg3）及震旦系巖溶裂隙含水層（Zz2dn+Zz2d）中進行了單孔放水試驗。根據(jù)試驗結果，泥盆系宰格組巖溶裂隙含水層（D3zg3）的滲透系數(shù)為0.025m/d；震旦系巖溶裂隙含水層（Zz2dn+Zz2d）的滲透系數(shù)為0.0252m/d。

4 地下水涌水量預測

計算公式如下：

方法一（大井法）：

（1）各含水層（分段）預算井筒涌水量采用承壓過濾器進水公式，計算公式如下：

式中：Q—井筒涌水量，m3/d；

K—含水層滲透系數(shù)，m/d；

S—水位降低值，m；

M—含水層厚度，m；

R—影響半徑，m；

R0—引用半徑，m；

r—井筒半徑，取井筒半徑2.75+超挖厚度0.5=3.25m；

ζ0—不完整井阻力系數(shù)；供水水文地質手冊附表8確定；

l—過濾器長度，m。

H—水頭高度，取值初始水頭高差H0+M。

（2）各含水層（不分段）預算該含水層總的井筒涌水量采用承壓轉無壓完整井公式，計算公式如下：

式中：Q—涌水量，m3/d；

R—影響半徑，m；

K—滲透系數(shù)，m/d

r—豎井半徑，取井筒半徑2.75+超挖厚度0.5=3.25m；

H—水頭高度，取值初始水頭高差H0+M；

M—計算含水層厚度，m。

方法二（比擬法）：涌水點采用比擬法預算井筒涌水量，計算公式如下：

式中：R鉆—鉆孔影響半徑；泥盆系宰格組含水層取值218.93m；震旦系含水層取值856.20m。

r鉆—鉆孔半徑；取值0.048m。

R井—井筒影響半徑；R井=R鉆+r井，泥盆系宰格組含水層取值218.93+3.25=222.18m；震旦系含水層取值856.20+3.25=859.45m。

r井—井筒半徑。取值井筒半徑2.75+超挖厚度0.5=3.25m；

根據(jù)方法一﹑方法二上述公式，計算過程及涌水量成果如表1。

表1 涌水量分段預算表

5 豎井施工防治水措施建議

（1）擬建豎井施工，針對各段預測涌水量大小，其防治水原則分述如下：

對各突發(fā)涌水點，巖層透水性好，涌水量大，必須采用工作面預注漿或其他止水措施，對地下水進行封堵，防止施工涌水或降低施工涌水量，預注漿每段帷幕注漿深度應穿越突涌水構造裂隙一定深度,進入相對隔水層不小于10m，掘進施工前，應采用超前探水措施，以便確認帷幕注漿效果，確保施工安全；開挖施工時，應配合采用壁后注漿法，對出水點進行封堵。

對巖體較破碎-破碎，透水性相對較好，涌水量較大地段，采用工作面預注漿為主的注漿法，對地下水封堵，降低施工時井筒涌水量，預注漿每段帷幕注漿深度應穿越含水構造裂隙一定深度，當內(nèi)襯砌施工仍發(fā)現(xiàn)有較大淋﹑滴水時，配合采用壁后注漿法,對壁后出水點進行封堵。

對巖體較完整，透水性相對一般，涌水量較小地段，宜采取壁后注漿法為主，對掘進段內(nèi)襯砌施工后出現(xiàn)淋﹑滴水地段進行注漿封堵。

（2）擬建豎井開挖施工，采取短段掘砌,開挖支護深度宜預留一定深度的注漿帷幕，支護施工完畢后再進行下一段帷幕注漿及降水工作。

（3）開挖施工過程中應建立完善的抽排水系統(tǒng)，及時抽排地下水，并觀測地下水位變化及涌水量變化情況，防止地下水從帷幕底部或帷幕注漿堵水不完全時涌入施工井筒內(nèi)而造成不利影響，當開挖深度超過水泵揚程時，增設加壓裝置施行分級抽水，確保地下水能夠順利分級抽排出施工場地，確保施工安全及正常進行。

6 對本案例的分析研究

擬建豎井設計深度約971m，井筒底設計標高為60m，標高311.50m～301.66m處涌水點上部泥盆系宰格組巖溶裂隙含水層總的涌水量約3469.80m3/d，防治難度相對一般，擬建場地適宜性為基本適宜，可進行該段井筒的施工，根據(jù)涌水量預測成果，采用工作面分段預注漿止水，實際涌水量視注漿效果而定，采用壁后注漿法堵水。下部震旦系巖溶裂隙含水層總的涌水量約7017.17m3/d～11068.42m3/d，當井筒深度穿越標高311.50m～301.66m處涌水點時，預測涌水量巨大，達2597.20m3/d，防治難度巨大，施工難度大，安全風險高，擬建場地適宜性為適宜性差，不宜進行311.50m～301.66m處涌水點以下井筒部分的施工，建議對設計井筒深度適當調整或者擬建豎井另行選址重新勘察，若對設計井筒深度進行調整，其底標高宜不低于320m。如豎井確需穿越該段，豎井在掘進至標高320m左右時，停止施工并進行補充勘探，根據(jù)勘探結果制定下一步工作方案。

7 對礦山豎井水文地質勘察及豎井施工防治水措施的結論建議

（1）豎井水文地質勘察主要目的是為查明擬建豎井場地的水文地質條件，為擬建豎井工程提供設計所需的水文地質資料，預測井筒的涌水量，對場地建井適宜性進行評價，提出擬建豎井施工防治水措施。

（2）勘察過程中須對主要含水層提出巖層的滲透系數(shù)﹑涌水量及水質分析等水文資料，地下水補給水源及與地表水的關系，并預測井筒的涌水量；提出豎井建設超前探水及防治水措施。

（3）帷幕注漿止水及支護應進行專項設計和相關試驗工作后方可實施。同時應制定有效的施工應急預案，以防止涌水對施工產(chǎn)生的不利影響，確保擬建豎井的正常施工及安全使用。

（4）豎井施工時如采用爆破作業(yè)，應注意爆破作業(yè)可能對止水帷幕造成不利影響。因此,爆破施工作業(yè)前應進行專項設計和試驗，選擇適當?shù)谋乒に嚕_保施工安全。

（5）擬建豎井開挖深度大，為確保正常施工及安全使用，建議從施工開挖開始至投入使用的一定時期內(nèi)布置適當?shù)乃挠^測點，對豎井場地地下水變化情況進行長期觀測工作。

8 結語

地下礦山豎井是整個礦井的出入口，地位十分重要。豎井井筒的特點是深度大，斷面積大，水文地質條件復雜，豎井水文地質勘察和施工防治水是一項復雜的系統(tǒng)工程。在實踐中，應根據(jù)現(xiàn)場地質調查﹑鉆探揭露情況﹑原位測試等，對工程地質﹑水文地質基礎資料進行研究分析，詳細查明礦山豎井的工程地質與水文地質情況，分析巖體穩(wěn)定性，預測井筒的涌水量，對場地建井適宜性進行評價，提出擬建豎井施工防治水措施，滿足豎井掘砌的技術需要。