摘要：封閉不良鉆孔涌水普遍存在于礦山之中，是礦山主要水害之一，本文以魯西南會寶嶺鐵礦床為研究對象，通過水化學特征（Durov圖）、水壓（水位）、水量綜合分析，封閉不良鉆孔的充水水源主要為李官組裂隙水。結(jié)合巖石力學特征，提出了截水墻止水、鉆孔中間截流泄壓、分段泄壓注漿止水相結(jié)合的防治水技術，并取得良好的治水效果，對類似礦山封閉不良鉆孔的止水工作具有借鑒意義。

關鍵詞：封閉不良鉆孔；水源分析；截水墻止水；鉆孔中部截流；分段泄壓注漿；會寶嶺鐵礦

中圖分類號：TE822.01""" 文獻標識碼：A""" doi：10.12128/j.issn.1672-6979.2025.04.007

0 引言

水害作為第二礦山事故，可造成含水層破壞，增加排水成本，生態(tài)環(huán)境惡化，甚至造成人員傷亡。礦山水害類型較多，如地表水潰入、老空水潰入、奧灰水突水、斷層水突水、封閉不良鉆孔涌水等［14］。其中封閉不良鉆孔涌水普遍存在于大多數(shù)礦山，為礦山水害的重要組成部分，由于其導通的水源不同，止水措施各有差異［510］，在蒼嶧鐵礦帶鐵礦床中尚未形成成熟的注漿止水技術體系，因此如何經(jīng)濟有效地對其進行止水至關重要。

會寶嶺鐵礦床為魯西南地區(qū)蒼嶧鐵礦帶大型鐵礦床，礦區(qū)內(nèi)存在多個充水含水層，該礦山治水前正常涌水量超過500 m3/h，礦山涌水量大，排水成本高。目前礦山已掘進到的封閉不良鉆孔共5個，總穩(wěn)定涌水量超過180 m3/h，超過礦山總涌水量的30%，其中ZK3201封閉不良鉆孔最為典型，穩(wěn)定涌水量126 m3/h［1112］。本次根據(jù)封閉不良鉆孔的水化學特征、水壓（水位）、涌水量分析了其充水水源，并結(jié)合鉆孔工程地質(zhì)條件、鉆孔位置、礦山開采方式等因素提出了分期治理的技術手段①。一期采用截水墻止水的手段解決了410 m中段的涌水問題；二期在截水墻止水的基礎上采取了鉆孔中部截流泄壓分段注漿止水技術，徹底完成了對該鉆孔的注漿止水，保證了各中段礦床的安全開采。

1 研究區(qū)概況

1.1 礦床開采特征

會寶嶺鐵礦位于蒼嶧鐵礦帶東段，賦存于泰山巖群山草峪組變質(zhì)巖地層中［13］，由2條近EW向平行展布的主礦帶組成，兩礦帶相向而傾，傾角大于75°，局部倒轉(zhuǎn)。礦床開采標高為+60 m～970 m，采用地下巷道的開采方式。礦山投產(chǎn)以來已建成60 m、130 m、340 m、410 m 4個中段巷道系統(tǒng)和1個430 m中段運輸巷道系統(tǒng)，礦山已主采了60 m和410 m中段的礦體，其余中段進行了部分開采。

1.2 含（隔）水層情況

礦區(qū)含水層分為上部沉積巖地層中的李官組石英砂巖、佟家莊組泥質(zhì)粉砂巖組成的裂隙含水層（以下簡稱“李官組裂隙含水層”）、二青山組上灰?guī)r段灰?guī)r、砂巖段石英砂巖組成的巖溶裂隙含水層（以下簡稱“二青山組裂隙含水層”）［14］，以及下部泰山巖群山草峪組地層中的變質(zhì)巖裂隙含水層。各含水層富水性特征見表1。

主要相對隔水層有李官組、佟家莊組以及二青山組的頁巖。其中變質(zhì)巖裂隙含水層在各坑道系統(tǒng)對礦床直接充水；李官組裂隙含水層和二青山組裂隙含水層在各豎井、斜坡道對礦床直接充水。各含水層富水性因分布位置不同而差異較大，在28～32線及其附近，李官組裂隙含水層為中等富水性，二青山組裂隙含水層與變質(zhì)巖裂隙含水層富水性均為弱富水。各含水層之間通過斷層破碎帶、張性裂隙帶及封閉不良鉆孔進行水力聯(lián)系，局部通過斜坡道、各類豎井進行水力聯(lián)系。

2 充水水源分析

該鐵礦在勘探及開采期間共施工鉆孔100余個，目前在井下340 m及410 m中段巷道中共揭露封閉不良鉆孔5個。其中410 m中段掘開的ZK3201鉆孔涌水量最大，初始涌水量150 m3/h，正常涌水量126 m3/h，按照礦山排水及廢水處理成本7元/ m3計算，該封閉不良鉆孔直接導致礦山每年經(jīng)濟損失772.6萬元，除此之外還導致410 m中段的礦床不能正常開采，經(jīng)濟損失嚴重。在分析礦區(qū)各含水層水化學特征，采集地下水采集，測試地下水主要離子的基礎上，結(jié)合封閉不良鉆孔的涌水特征，采用水化學特征水壓（水位）水量相結(jié)合的方法，分析該封閉不良鉆孔的充水水源，為下一步的注漿止水工作奠定了基礎。

2.1 水化學特征

Durov圖常用來分析地下水的水化學特征［1520］，將本次采集的及以往收集的研究區(qū)各類地下水水樣繪制Durov圖（圖1）。李官組裂隙水、二青山組裂隙水及變質(zhì)巖裂隙水的地下水離子分布（李官組裂隙水水化學類型以HCO3Ca型水為主，二青山組裂隙水水化學類型為SO4Ca·Na型水，變質(zhì)巖水則為SO4·ClNa型水）、TDS及pH具有明顯的分區(qū)性，而封閉不良鉆孔的離子分布、TDS和pH均分布在李官組的分布區(qū)域內(nèi)部，說明封閉不良鉆孔水全部或絕大部分來源于李官組裂隙水，幾乎不受二青山組裂隙水及變質(zhì)巖裂隙水的補給。

2.2 水壓

對ZK3201封閉不良鉆孔進行水壓（水頭高度）測試，測得410 m處水壓為4.6 MPa，計算鉆孔水位標高為+40.8 m，與揭露該封閉不良鉆孔前李官組裂隙水的水位標高非常接近，而與未揭露該封閉不良鉆孔前二青山組裂隙水水位標高和變質(zhì)巖水水位標高相差較大，說明該封閉不良鉆孔水幾乎全部來源于李官組裂隙水（表2）。

2.3 水量

為進一步驗證封閉不良鉆孔的水源，根據(jù)ZK3201封閉不良鉆孔的水文地質(zhì)特征進行各含水層疏干放水時的涌水量進行計算。

疏干放水時，地下水由承壓轉(zhuǎn)為無壓狀態(tài)，選用“大井法”穩(wěn)定流承壓轉(zhuǎn)無壓公式（1）計算：

由表3可以看出，李官組裂隙含水層涌水量為88.91 m3/h，最接近該封閉不良鉆孔的實際涌水量，其他兩個含水層的涌水量幾乎可忽略不計，進一步驗證了該封閉不良鉆孔水主要來自李官組裂隙水。

3 止水技術及應用

根據(jù)對ZK3201封閉不良鉆孔圍巖工程地質(zhì)條件調(diào)查及室內(nèi)巖石力學測試結(jié)果的分析研究，結(jié)合涌水水源封閉不良鉆孔與各中段開拓系統(tǒng)的位置關系、以往封閉不良鉆孔的防治水措施［2123］，提出該封閉不良鉆孔的止水技術。

3.1 截水墻

3.1.1 工程地質(zhì)背景

根據(jù)井下工程地質(zhì)編錄，ZK3201鉆孔涌水處附近巖體完整性較好，裂隙頻率大于0.5條/m，且為閉合裂隙。通過本次巖石力學樣品采集及測試結(jié)果，410 m黑云變粒巖干燥抗壓強度為75.1～167.7 MPa，巖石飽和抗壓強度為67.4～128.2 MPa，凝聚力為7.1～38.2 MPa，內(nèi)摩擦角為45°9′～48°10′，巖石力學性質(zhì)良好。以上良好的工程地質(zhì)背景表明具備截水墻施工的條件。

3.1.2 截水墻設計

（1）截水墻厚度。由于封閉不良鉆孔的水壓為4.6 MPa，為了安全考慮，安全系數(shù)取1.2，設計按5.5 MPa設計墻體的強度［12］。截水墻厚度計算公式采取圓柱形墻體厚度公式（2）計算：

S=r/［（k/p）1］ （2）

式中：S—截水墻厚度（m）；k—截水墻的安全抗壓強度（MPa），設計采用400號混凝土，其抗壓強度為19.2 MPa；p—墻體抗壓強度5.5 MPa；r—墻體圓柱內(nèi)半徑（m），r取1.2B（B為巷道凈寬度3.9 m）。

計算得截水墻厚度S等于1.88 m，為安全起見取2 m。

（2）其他參數(shù)。截水墻體嵌入兩壁一底圍巖0.5 m、頂部采用錨桿錨固；墻內(nèi)部布設直徑為28 mm的螺旋鋼條，間距0.3 m×0.3 m；墻體上安置9根臨時泄水管，外端安裝高壓閥（圖2），該泄水孔在墻體施工期間起到臨時排水減壓的作用，待墻體完全凝固后將其關閉。

3.1.3 應用效果

2019年1月，對ZK3201封閉不良鉆孔在410 m中段施工了截水墻止水，使其鉆孔涌水量由126 m3/h減小到5 m3/h（該5 m3/h涌水量為作為410 m中段施工用水），達到了一定的治水效果，減少礦山排水及其廢水處理費用742萬元/年，保障了410 m中段礦床的安全開采。

3.2 鉆孔中部截流泄壓分段注漿止水

為保障上部340 m和270 m中段礦床的正常開采，采用從270 m中段截流泄壓分段注漿止水法。

3.2.1 適用背景

鉆孔中部截流泄壓注漿止水適用于水壓、水量均很大，從揭露的鉆孔處無法有效注漿止水，且該封閉不良鉆孔上部有其他坑道系統(tǒng)穿過，具備鉆孔中部分段截流泄壓注漿的條件。

3.2.2 止水施工程序

（1）270 m進行截流泄壓。在270 m中段巷道向ZK3201封閉不良鉆孔施工若干個泄水孔（圖3），使該封閉不良鉆孔的水主要從270 m中段各泄水孔涌出，以減少該鉆孔在410 m中段的水壓，以便從410 m中段對ZK3201封閉不良鉆孔的“270 m～410 m標高段”進行注漿止水工作。

（2）對270 m～410 m標高段采用孔底注漿技術。270 m截流泄壓后，由于270 m～410 m位于變質(zhì)巖地層內(nèi)，鉆孔涌水量可以忽略不計，且水壓較小，從410 m中段直接向上注漿即可。打開270 m中段上部各分壓孔，采用425#水泥，從410 m中段對ZK3201封閉不良鉆孔的“270 m～410 m標高段”進行注漿，至270 m分壓孔返漿后停止注漿。

（3）對270 m以上封閉不良鉆孔采用分段泄壓注漿。分段泄壓注漿法主要適用于水壓較大、出水量較大、容易跑漿的情況。本鉆孔具體注漿止水流程如圖3所示：①270 m～410 m標高段對1孔采用孔底注漿至2孔返水泄壓→注漿填體A完全凝固；②2孔注漿、3孔返水泄壓→至3孔返漿時停止注漿→注漿填體B完全凝固；③3孔注漿、4孔返水泄壓→至4孔返漿時停止注漿→注漿填體C完全凝固；④4孔注漿→持續(xù)注漿到沉積巖地層→注漿填體D完全凝→注漿結(jié)束。

3.2.3 應用效果

礦山于2023年2月對ZK3201封閉不良鉆孔采取了鉆孔中部截流泄壓，3月初對270 m～410 m標高段封閉不良鉆孔從410 m中段采用孔底注漿技術，3月中旬對270 m以上封閉不良鉆孔采用分段泄壓注漿，治理后完全止水，達到了良好的治水效果。

4 結(jié)論

（1）通過各含水層及封閉不良鉆孔水的采集及測試成果，采用水化學特征水壓（水位）水量相結(jié)合的充水水源分析方法，準確分析ZK3201封閉不良鉆孔的水源來自李官組裂隙水。

（2）根據(jù)封閉不良鉆孔的工程地質(zhì)條件、水壓、水量特征、孔位與坑道系統(tǒng)的關系等因素，提出了截水墻止水鉆孔中部截流泄壓分段注漿止水相結(jié)合的止水技術，治理取得了良好的治理效果。

（3）完善了隱伏鐵礦床封閉不良鉆孔涌水水源分析方法及井下注漿止水體系，對類似礦山封閉不良鉆孔的止水工作具有重要指導意義。

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Water Source Analysis and Waterproofing Technology for Poorly Sealed Boreholes in Huibaoling Iron Deposit

Abstract： Water inflow from poorly sealed boreholes is common in most mines. It is one of the main water hazards in mines. Taking Huibaoling iron deposit in southwestern Shandong province as the research object， through comprehensive analysis of hydrochemical characteristics （Durov diagram）， water pressure （water level） and water volume， it is concluded that main water source for poorly sealed boreholes is" fissure water in Liguan formation. Based on the characteristics of rock mechanics， a water prevention and control technology combining cutoff wall water stop， mid hole water stop and pressure relief， and segmented pressure relief grouting water stop has been proposed. It has achieved good water control effects and has reference significance for water stop work in poorly sealed boreholes in similar mines.

Key words：Sealing of poorly drilled holes; water source analysis; cut off wall for waterproofing; flow interception in the middle of the borehole; segmented pressure relief grouting; Huibaoling iron deposit