超前小導管探注掘砌施工工藝在豎井掘支過程中的應用

馬曉博

【摘要】邯鄲縣金源鐵礦頂底板直接進水的水文地質條件復雜的礦床，在礦山副井掘進過程中在井筒荒面井壁上密集沿井筒縱向以外插的方式鑿眼打孔，孔內安裝超前小導管，采用水泥漿與雙液漿注漿封堵地下水，并結合小導管形成錨固作用進行提前堵水和支護，然后硬質巖層采取爆破方式下掘，軟巖層采取人工風鎬挖掘的方式進行掘進，采用現澆雙層鋼筋混凝土支護，順利通過破碎段。

【關鍵詞】大水礦山；豎井掘支；注漿

一、工程概況

邯鄲縣金源鐵礦礦區位于河北省邯鄲市西15km，隸屬邯鄲市所轄，為邯鄲縣和武安市交界處，屬丘陵半丘陵地區，地勢西高東低。礦區處于奧陶系的灰巖巖溶裂隙水文地質區內，為相對獨立的水文地質單元，中奧陶統灰巖含水層礦區的主要含水層，其呈帶狀展布，南北長約25000m，東西寬約6500m左右，以溶隙為主，溶孔次之，總厚584m，含豐富的裂隙巖溶潛水。礦體計劃開采最低邊界標高在-175m，而該地區地下水位標高在114m～122m間，礦床常年埋于潛水面以下106m～114m，屬頂底板直接進水的水文地質條件復雜的礦床。

礦山副井井徑為Φ5.5m，地表開口標高為+267m，設計深度475m，井底標高-208m，采用工作面預注漿方式進行堵水。在進行-129m～-159m（段高30m）的工作面預注漿工作時，通過探孔注漿發現，-129m工作面以下2m～15m（-131m～-144m）段，巖石為變質灰巖：呈灰白色，結晶結構，層狀構造，巖石極破碎，巖溶裂隙發育，存在大小不一小型溶洞，溶洞中半充填方解石，半充填泥巖；整段裂隙較發育，溝通性好，涌水量較大；其中，-132m～-139.5m巖石破碎，出水為乳白色；-139.5m～-140.5m巖石呈灰黑色；-140.5m～-144m為溶洞，出水量大，水中有泥沙、帶10-30mm的石塊。從工作面預注漿后的檢查孔鉆探情況可知，此段地質條件復雜，地質條件差，有較大范圍的軟弱巖層，并且軟弱巖層厚度大，出水量大，在井筒掘支過程中有可能發生井壁垮塌、突水淹井等安全事故。

為順利通過（-132m～-146m）巖石破碎段，防止出現安全事故，加快施工進度，在施工過程中，針對-129m～-147m段（段高18m，超過破碎帶深度2m），采用超前小導管探注掘砌施工工藝進行超前支護施工。

二、超前小導管探注掘砌施工工藝介紹

超前小導管探注掘砌施工工藝就是在掘進爆破前，在井筒荒面井壁上密集沿井筒縱向以外插的方式鑿眼打孔，孔內安裝超前小導管；超前小導管全部安裝好后，采用水泥漿與雙液漿注漿封堵，利用雙液漿進行堵水，同時結合小導管形成錨固作用，最終對掘進段形成超前探水與注漿保護作用，保證施工安全。采用超前小導管注漿工藝進行井筒掘支作業，工藝可分為超前小導管注漿施工與井筒掘支兩個階段。

2.1 超前小導管注漿施工

超前小導管注漿施工內容主要包括封閉工作面、鉆孔、安設小導管、注漿、效果檢驗等工序。其施工工藝流程見下圖：

小導管施工工藝

本次在礦山副井掘支施工過程中，設計小導管總長度6.1米，注漿段長度4.7米，有效注漿堵水深度4米，為了減少巖石裸露時間，采用小模板支護方式掘進1米、支護1米的短掘短砌施工方法；實現超前探水、探注結合綜合治水施工。

2.1.1小導管制作

小導管采用魚鱗管內套用DN25無縫鋼管加工成的花管，以便注漿。小導管前端加工成錐形，以便插打，并防止漿液前沖。中間部位鉆Ф8mm溢漿孔，呈梅花形布置（防止注漿出現死角），間距15cm，尾部1.3m范圍內不鉆孔以防漏漿，末端加工螺紋，用于上高壓球閥。小導管加工成形見下圖：

注漿花管示意圖

2.1.2小導管安裝

在井底以上約0.3米（-128.7m）井壁部位起及以下每三米處，按向間距環30㎝一圈，采用YT-28型鑿巖機，4m鉆桿，Φ42mm鉆頭的打孔，孔向外傾角5°，鉆探過程中出現涌水和泥漿時，要及時安裝準備好的小導管，小導管用水麻纏繞，井壁用Φ36mm圓鋼打入進行加固，以防涌水壓力過大將注漿管頂出。小導管布置圖見下圖：

2.1.3 注漿堵水

注漿漿液以單液漿為主，涌水壓力比較大時，采用適當的雙液漿封堵，單液漿-雙液漿的配比按照由稀-稠的順序進行（1.0：1.5～1.0：1.0），注意周邊圍巖的變化。在初期注漿壓力條件下，吸漿量為吸水量的80%，可視為正常，否則，可稀釋一級。當連續注入30分鐘壓力不變，可調濃一級。當壓力緩慢上升，吸漿量逐漸減少為正常，一直到終止，在漿液濃度不超過1：1時，吸漿量不大于35升/分，穩定20分鐘即可結束注漿。

注漿時應注意對注漿壓力的控制，出現跑漿、漏漿的情況及時處理，采用雙液漿時避免堵管現象的發生，終孔壓力控制在2.2～2.5MPa，注漿全部結束后，水泥漿液凝固保養一段時間，進行掘進施工。

2.2井筒掘支

2.2.1 掘進爆破

在超前小導管注漿護壁的條件下，根據不同巖層條件采用不同的井筒掘進方式。硬質巖層采取爆破方式下掘，爆破總體要求多打眼、少裝藥、淺眼松動爆破方式，且采用分段爆破方式下掘施工，方法采用光面爆破技術（視巖石情況一個斷面可分次爆破），光爆層炮眼間距不超過400mm，光爆層抵抗線不超過600mm，光爆層裝藥密度限制在最小限度以減少對圍巖的破壞。每次施工時，鑿眼爆破的深度，根據現場巖石情況而定，一茬炮的進尺最大不超過2m。

鑿巖機具采用12臺YT-28型鑿巖機，直徑為38mm“一”字型合金鉆頭，鉆桿選用φ22中空六角鋼釬桿，長度1～2.5m。每次8臺鑿巖機同時作業，4臺備用。

采用楔形掏槽，光面爆破，按照光面爆破的要求確定炮眼的參數。炮眼呈同心圓布置，圈間距一般為0.5～1.5m；掏槽眼深2.5m，圈徑1.5m，呈圓錐形布置，傾角為800；輔助眼眼深2.3m，傾角為900，眼間距一般為0.7～1.0m；周邊眼深2.0m，傾角為900，距井幫設計位置約為0.1m，眼間距0.4m。選用1～11段毫秒延期非電導爆管起爆。炸藥選用2#巖石水膠炸藥。規格為每卷φ32×350mm（重量：0.40kg/卷），連續裝藥結構，反向起爆，起爆電源為500A，在地表距井口50m以外設置起爆器聯接，經井筒懸吊的放炮電纜進行起爆。

爆破原始條件表

序號 名 稱 單位 參數 備注

2 凈斷面 m2 23.76 ￠=5.5

3 掘進斷面 m2 33.18 ￠=6.5

4 巖石硬度系數 f 8

5 鑿巖設備 臺 12 YT-28

6 炸藥品種 kg 0.4kg/卷 2#巖石水膠炸藥

7 雷管種類 發 1—11段

爆破參數表

眼

號 圈

徑

（m） 炮眼

數目（個） 炮眼角度

（度） 炮眼深度（m） 炮眼位置 裝藥量（kg） 起 爆

順 序 聯線

方式

單個炮眼 小 計 眼距

（m） 圈距

（m） 單個

炮眼 每圈

炮眼

1～6 1.5 6 80 2.5 15 0.75 0.75 2 12 Ⅰ 并聯

7～14 2.5 8 90 2.3 18.4 0.805 0.50 2.0 16 Ⅱ 并聯

15～30 3.5 16 90 2.0 32 0.687 0.50 1.2 19.2 ⅢG 并聯

30～48 5.1 18 90 2.0 36 0.89 0.75 1.2 21.6 Ⅳ 并聯

48～98 6.3 50 90 2.0 100 0.396 0.60 0.4 20 Ⅴ 并聯

合計 98 194.6 88.8

軟巖層-131m～-144m段原則上采取人工風鎬挖掘，必要時可少量裝藥放炮處理。

井筒內采用HZ-6中心回轉式抓巖機裝碴，裝巖能力為40～50 m?/h ， 主提吊桶為2m3，座鉤翻矸。

2.3、支護：

針對于特別破碎段，采用現澆雙層鋼筋混凝土支護，橫筋HRB335Ф20@200、豎筋HRB335Ф16@200、拉筋HPB235Ф8@600，支護厚度500㎜。采用1米高小模板支模，支模時根據垂線中心立模，并檢查模板安置的正確性。用半圓儀或其他儀器，其誤差不得大于±20mm，模板外緣到井中心的距離不得小于設計規定。同一圈模板應保持水平，其誤差不得大于±50mm。用裝載機上料，PLD800配料機配料（生產能力達50 m?/h），TS600攪拌機進行集中攪拌，砼用1.6m3底卸式吊桶下料，采用機械振搗，每層厚度不得超過400mm。

3、作業循環方式

作業循環方式：采用一超前小導管探注、三掘、三砌的循環作業方式，掘支護段高為1m。主要工作循環如下：

1、交接班及準備—打眼進行超前小導管探注—清底

2、打炮眼—鑿巖—裝藥聯線—放炮—通風—安全檢查—出碴找平—鋼筋綁扎—支模—搭平臺—澆筑砼—封口。澆砼結束，出碴、清底，準備掘進施工。

成井三模后進行第一步超前小導管探注。

三、結論

通過采用超前小導管探注掘砌施工工藝，邯鄲縣金源鐵礦礦山副井-129m～-159m段掘支過程中未發生井壁垮塌、突水淹井等安全事故，采用小導管對井壁的提前錨固支護，保證了井筒掘支過程快速，平穩。總體來說，在水文地質條件復雜礦山豎井掘支過程中，通過采用超前小導管探注掘砌施工工藝，可以在進行工作面預注漿的基礎之上進一步加強地下水的防治，并且利用小導管起到的錨固作用，對井壁進行掘進前預支護，保證施工安全，減少豎井掘支過程中發生突水淹井的可能。