南李莊鐵礦井巷掘進期間防水措施探討

嚴國棟 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的現(xiàn)狀,論述-20m馬頭門突水的發(fā)生、發(fā)展及封堵過程,提出了掘砌面預注漿、特殊巖層加倍預注漿、超前探水等防治水技術方法,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一步推廣應用。

關鍵詞:掘砌面預注漿超前探水帷幕注漿防治水

中圖分類號:TD214 文獻標識碼:A 文章編號: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)開采現(xiàn)狀及礦體的賦存條件,南李莊鐵礦設計一期開采工程共布置5個中段,分別為:-20m、-60m、-100m、-140m、-175m,其中-20m中段為回風中段,其他4個中段為回采中段,中段高度35m～40m。南李莊鐵礦主井地面標高267.2m,一期最低開采中段為-175m,疏干工程和永久排水系統(tǒng)布置在-175m中段。各個中段的開采涌水通過泄水井匯集到-175m水平的水倉內,通過敷設在主井內的排水管排出地表。

2007年,該礦掘進了兩條豎井,其中:主井已掘進到-60m中段,井徑Φ5.5m;風井已掘進到-60m中段,井徑Φ3.5m,井筒混凝土支護厚度均為300mm。

2 南李莊鐵礦水文地質條件

礦區(qū)處于奧陶系的灰?guī)r巖溶裂隙水水文地質區(qū)內,礦床主要賦存于上馬家溝組二段(O22-2)灰?guī)r地層中。地下水位標高在100～114m間,礦床位于潛水面以下120～114m,主要涌水來源為奧陶系巖溶水。預測-150m標高礦坑涌水量:枯水期59180m3/d,豐水期74470m3/d,礦床開采時如遇導水斷層,礦坑涌水量可能增加。礦區(qū)水文地質條件屬頂?shù)装逯苯舆M水的水文地質條件復雜的巖溶大水礦床。

3 -20m馬頭門突水及堵水實例

2010年邯鄲縣金源礦業(yè)有限公司開始恢復南李莊鐵礦主井建設。水位降到-60m標高后,由于原井筒在-20m中段未掘砌馬頭門,而-20m中段回風巷是整個礦區(qū)通風系統(tǒng)的關鍵,加之當時井筒內管路設備較少,爆破產(chǎn)生的影響比以后施工要小的多,因此確定先進行-20m中段馬頭門掘砌工作。

3.1 -20m馬頭門掘砌面預注漿

-20m馬頭門設計掘進斷面規(guī)格為3.5×3m,設計開鑿長度10m。掘鑿施工前圍繞-20m馬頭門輪廓進行了工作面預注漿,注漿孔間距1m,孔深15m,鑿巖傾角向外側傾斜8°,以此擴大漿液影響范圍,增強注漿堵水效果;安裝孔口管及配套球閥,嚴防施工過程出現(xiàn)涌水量突增。

3.2 -20m馬頭門突水過程

-20m馬頭門掘進面預注漿過了養(yǎng)護期,對馬頭門進行超前探水后開始掘砌。馬頭門巷道掘鑿至9.8m處時,由于巷道內水文地質情況復雜,裂隙極為發(fā)育,因放炮震動使原本因注漿封閉的巖石裂隙重新裂開,致使在距掌子面2.0m的底板右側發(fā)生突水(突水點距井筒7.8m)。剛開始,只是單突水點,突水點規(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,施工隊增加了一臺排水泵(排水能力120m3/h),井筒水位降至-20m水平,施工人員進入-20m馬頭門巷道內進行治水前勘察,發(fā)現(xiàn)距離原突水點0.5m處新增一突水點,規(guī)格為0.6m×0.6m。期間,施工人員進行突水點注漿治水準備工作,從地表沿井筒至突水點敷設預埋了兩路φ32mm注漿管伸入涌水孔洞內。剛敷設完注漿管,隨著涌水量繼續(xù)不斷增大,最終超出井筒排水能力導致又一次淹井。最后,下放了一臺大泵(排水能力1570m3/h),同原來下放的兩臺小泵(排水能力各120m3/h)一起繼續(xù)排水,但井筒內涌水量越來越大,估測最大涌水量為1700m3/h以上。經(jīng)過連續(xù)強排水10天后,主井水位穩(wěn)定在0.34m標高,井筒被淹,強排水已不能解決涌水問題。

3.3 -20m馬頭門堵水

2011年1月實施經(jīng)專家論證通過的《-20m馬頭門涌水封堵技術方案》,對-20m馬頭門灌注漿進行堵水?？偟氖┕げ襟E是:第一步,借助-20m馬頭門掘砌時固定在井筒-20m標高的雙層吊盤,在吊盤上拋填充物作為馬頭門注漿的擋漿墻,填充物底層拋體積大、重量輕的物料將吊盤上的孔洞及縫隙密封嚴密。同時,從地表再下放一根φ75mm鋼管作為備用注漿管。第二步,利用原來預設的兩條注漿管,實施涌水點的灌注漿作業(yè),直至填滿整個馬頭門空間。注漿結束后,進行養(yǎng)護。養(yǎng)護時間很據(jù)試件抗壓強度試驗來確定。第三步,兩個涌水點及馬頭門灌注漿封堵結束過了養(yǎng)護期后,對井筒進行排水,將水位降低,然后人員進入作業(yè)面對吊盤上的填充物進行清理。第四步,對-20m馬頭門進行加固及注漿止水,或根據(jù)情況修筑堵水墻,再注漿止水。方案實施后,共注入290t水泥、7噸水玻璃,經(jīng)過加固和注漿止水,成功封堵住了-20m馬頭門涌水。

4 防水措施探討

南李莊鐵礦位于巖溶地區(qū),水文地質條件復雜,是典型的大水巖溶礦山。針對南李莊鐵礦-20m馬頭門掘砌過程中發(fā)生的突水,提出如下防水技術措施:

4.1 掘砌面預注漿

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

4.2 特殊巖層加倍預注漿

-20m馬頭門掘砌前進行了預注漿,但是仍發(fā)生了涌水。據(jù)礦山初步設計資料和-20m馬頭門掘鑿揭露圍巖情況分析,-20m涌水類型為奧陶系碳酸鹽巖類構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,徑流通暢補給充足。因此,在特殊巖層,可在注漿圈外側再增加一圈注漿孔,采用三角形布孔,加大注漿厚度,強化注漿質量,確保特殊巖層掘進安全。

4.3 高度重視,措施及時

對于大水礦山,施工隊伍未引起足夠重視。-20m馬頭門涌水前有兩個小時的處置時間。因此,施工隊伍應制定防治水預案,在井巷掘進中,即使是很小的出水點,也要引起足夠重視。在主井下掘中,已制定了應對出水點的治水措施。

4.4 超前探水

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

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

參考文獻

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