淺談某大水鐵礦突水治理經驗

李 飛，徐 磊

(1.蕪湖太平礦業有限責任公司, 安徽蕪湖市 238000；2.長沙礦山研究院有限責任公司, 湖南長沙 410012)

淺談某大水鐵礦突水治理經驗

李 飛1，徐 磊2

(1.蕪湖太平礦業有限責任公司, 安徽蕪湖市 238000；2.長沙礦山研究院有限責任公司, 湖南長沙 410012)

針對施墩鐵礦的突水事故，闡述了突水過程及成功搶險的關鍵步驟與方法。分析該礦水文地質條件以及突水特征，采用澆筑擋水墻作為治理突水的核心工作，共砌筑3段擋水墻，并在墻體內敷設引流管，當混凝土擋水墻澆筑養護后，利用預埋的接縫注漿管進行接縫注漿，該措施及時有效封堵了此次突水，減少了礦山的損失。

礦山突水；擋水墻；注漿接縫

0 前 言

2014年3月31日,施墩鐵礦-135 m水平2采區南側回風巷至巷道開門49 m掘進斷面處,該巷道掘進面共布置超前探水孔5個,孔深均為55 m。當1號鉆孔開孔至3.8 m時,出現頂鉆現象,緊接著鉆孔內出現涌水,突水量瞬時達180 m3/h,并不斷增大,10 h以后突水量達到1600 m3/h,此后突水水量穩定,超過礦井最大排水能力,由于采取及時的現場應對措施,以及后續有效的封堵工作,使得這次突水事故沒有影響到礦山的生產,減少了礦山的損失。本文通過介紹施墩鐵礦的治水經驗,為在巷道施工中的突水治理提供工程借鑒。

1 水文地質條件

施墩鐵礦采礦范圍為-85～-185 m,為一地下礦山,采用豎井側翼式開拓,上向水平分層膠結充填法采礦,已取得開采規模為年產20萬t的采礦許可證,鐵礦石總儲量為316.41萬t,TFe平均品位39.79%,MFe平均品位36.11%,可采儲量251.7 萬t。

施墩鐵礦礦體連續性較差、多夾層、多分枝、地層巖性變化快、圍巖穩定性較差,礦體直接頂板為徐家山組(T2X)大理巖含水層,主要礦體位于當地侵蝕基準面以下,含水層富水性強,補給條件好,水文地質邊界較復雜,礦體底板與閃長巖接觸帶處,破碎帶發育,局部見風化帶,通過鉆孔揭露,含風化帶網狀裂隙水,該鐵礦水文地質類型歸納為:以巖溶裂隙含水層充水為主的第三類礦床；按礦體與主要充水含水層的空間關系及充水方式,鐵礦屬徐家山組(T2X)大理巖直接充水礦床；主要礦體位于當地侵蝕基準面以下,主要充水含水層富水性強,補給條件好,水文地質邊界較復雜,屬第三型水文地質條件復雜的礦床。

2 堵 水

2.1 設計擋水墻厚度計算

擋水墻的厚度計算公式可按式(1)計算

式中:B——混凝土止漿墻厚度,m；

w——作用在墻上的全荷載,kg,w＝pF；

K0——安全系數,取1.4～1.5(取1.5)；

p——注漿終壓,MPa(靜水壓力為1.3 MPa,取4 MPa)；

F——混凝土止漿墻的面積,m2(實際寬度6.02 m)；

b——巷道寬度,m(實際寬度2.6 m)；

h——巷道高度,m(實際高度2.5 m)；

[σ]——混凝土允許抗壓強度,MPa(取2 MPa,空區注滿實際壓力為靜水壓力1.3 MPa)。

通過計算可得:B＝3.35 m,為安全考慮,實際擋水墻厚度設計為4 m。

2.2 擋水墻材料

(1)直徑30 mm的圓鋼,作為混凝土中下的主副筋。

(2)墻體用C35的混凝土澆筑,其材料配比為:水∶水泥∶石沫∶石子＝0.45∶1∶0.99∶1.8。

(3)袋裝水泥,用于澆筑墻體時碼成空區,起模板作用。

2.3 擋水墻施工

選擇巷道突水點向后30 m圍巖穩固性條件相對較好處施工擋水墻,該擋水墻的施工共分為3段(見圖1)。

(1)第一段臨時擋水墻施工。碼放袋裝水泥為臨時擋水墻,碼放過程中,在距離地板高0.4 m處,敷設一層Φ108 mm的引流管,共8根,距離地板高0.7m處,再敷設一層到流管,共6根,第二次序為第二層距離地板高700 mm的Φ108 mm的引流管,共6根,然后繼續施工臨時擋水墻,碼放4 m后,且距離巷道底板1.2m。臨時擋水墻碼全巷道斷面,寬1. 5 m,高1.8 m。

(2)第二段擋水墻的施工在第一段臨時擋水墻向后2 m處,用水泥袋碼成一個1.8 m的空區,空區中澆筑混泥土,混凝土澆筑至巷道底板1.2 m時敷設引流管,同時在該水平巷道左右幫各下一根1寸注漿管,為后期注漿接縫使用,此時17根Φ108 mm 及2根1寸注漿管全部導出水。

(3)第三段擋水墻是第二段擋水墻澆筑完成后向后退4 m,形成1個長4 m的空區,該空區清理完畢,露出裸露巖石底,打3排錨桿,排距0.5 m,外斜45°。錨桿打完后,用Φ30 mm的圓鋼作為主筋和副筋,主筋、副筋成網狀,間距20 cm。澆筑C35混凝土墻,該段墻下部40 cm是部分未被引流走的水與干的混凝土料攪拌成混凝土澆筑,40 cm以上是混凝土現場攪拌好倒入澆筑成的,其中,第二段墻與第三段墻地板預埋3根1寸注漿管作為引流管,澆筑至1.8 m高時在墻左右兩幫各預埋1寸注漿管作為引流管,接頂時預埋一根1寸注漿管作為引流管。

圖1 擋水墻澆筑結構圖

2.4 接縫注漿

混凝土擋水墻澆筑養護24 h之后,即利用預埋的接縫注漿管進行接縫注漿工作。采用1.5∶1～0.8∶1純水泥漿進行灌注,注漿壓力為1 MPa,當出現漏漿時可采用間歇注漿,間歇時間約為1 min。

第一步先對右肩窩預埋的注漿管注漿,發現右肩窩漏漿,暫停1 min再次注漿,該漏漿處沒有漏漿,續注頂板中央發現漏漿,重復間歇,最終頂板中央不漏漿,繼續注漿發現引流管漏漿,用雙液漿封孔,頂板全部注漿達到1 MPa,停止注漿。

第二步對底板預留的3根引流管進行注漿,當底板達到預設定的1 MPa的壓力,停止注漿。

第三步注漿底上部的引流管,發現引流管漏漿,用雙液漿封死。

2.5 注漿堵水

關水成功后,采用水泥漿注漿堵水(靜水壓力為1.5 MPa),其濃度為0.8∶1,注漿時仔細觀察擋水墻、-135 m水平工作面、礦井涌水量、巖石應力變化情況、工作面滴水的顏色和氣味等,同時加強觀察壓力表、擋水墻的變化,當注漿壓力大于6 MPa時停止注漿。

3 結 語

(1)施墩鐵礦為一水文地質、工程地質極為復雜的大水礦山,礦體直接頂板為徐家山組(T2X)大理巖含水層,含水層富水性強,補給條件好,屬第三型水文地質條件復雜的礦床。

(2)澆筑擋水墻是處理本次突水事故的核心工作,為了能夠保證擋水墻的澆筑質量,在位置較好的巷道布置3道擋水墻,其中第一道為臨時擋水墻,主要作用是引流和截流,第二道擋水墻為試澆筑擋水墻,由于水量大、風壓高,一道擋水墻不能夠完全封堵水患,所以在第二道擋水墻之后再澆筑一層擋水墻,以便全面封堵水患。

[1]徐 磊,李 飛.某鐵礦水文地質條件及涌水量預測研究[J].采礦技術,2014,14(05):57-59,87.

[2]徐 磊,李 飛,辛小毛.近礦體帷幕注漿在某大水礦山的應用[J].礦業研究與開發,2015,35(03):68-71.

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[4]沈繼芳,等.礦床水文地質學[M].北京:中國地質出版社, 1992.

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2015-05-15)

李 飛(1986-)，男，安徽濉溪人，助理工程師，本科，主要從事礦山防治水工作，Email:80928115＠qq.com。