南李庄铁矿井巷掘进期间防水措施探讨

严国栋 李富平 李闻杰 高玉倩

摘 要:文章阐述了南李庄铁矿防治水技术的现状,论述-20m马头门突水的发生、发展及封堵过程,提出了掘砌面预注浆、特殊岩层加倍预注浆、超前探水等防治水技术方法,并指出帷幕注浆是大水金属矿山防治水的发展方向,近矿体帷幕注浆将得到进一步推广应用。

关键词:掘砌面预注浆超前探水帷幕注浆防治水

中图分类号:TD214 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(b)-0114-01

1 南李庄铁矿井巷工程概况

南李庄铁矿区位于河北省邯郸市西15km,为邯郸县和武安市交界处。根据开采现状及矿体的赋存条件,南李庄铁矿设计一期开采工程共布置5个中段,分别为:-20m、-60m、-100m、-140m、-175m,其中-20m中段为回风中段,其他4个中段为回采中段,中段高度35m～40m。南李庄铁矿主井地面标高267.2m,一期最低开采中段为-175m,疏干工程和永久排水系统布置在-175m中段。各个中段的开采涌水通过泄水井汇集到-175m水平的水仓内,通过敷设在主井内的排水管排出地表。

2007年,该矿掘进了两条竖井,其中:主井已掘进到-60m中段,井径Φ5.5m;风井已掘进到-60m中段,井径Φ3.5m,井筒混凝土支护厚度均为300mm。

2 南李庄铁矿水文地质条件

矿区处于奥陶系的灰岩岩溶裂隙水水文地质区内,矿床主要赋存于上马家沟组二段(O22-2)灰岩地层中。地下水位标高在100～114m间,矿床位于潜水面以下120～114m,主要涌水来源为奥陶系岩溶水。预测-150m标高矿坑涌水量:枯水期59180m3/d,丰水期74470m3/d,矿床开采时如遇导水断层,矿坑涌水量可能增加。矿区水文地质条件属顶底板直接进水的水文地质条件复杂的岩溶大水矿床。

3 -20m马头门突水及堵水实例

2010年邯郸县金源矿业有限公司开始恢复南李庄铁矿主井建设。水位降到-60m标高后,由于原井筒在-20m中段未掘砌马头门,而-20m中段回风巷是整个矿区通风系统的关键,加之当时井筒内管路设备较少,爆破产生的影响比以后施工要小的多,因此确定先进行-20m中段马头门掘砌工作。

3.1 -20m马头门掘砌面预注浆

-20m马头门设计掘进断面规格为3.5×3m,设计开凿长度10m。掘凿施工前围绕-20m马头门轮廓进行了工作面预注浆,注浆孔间距1m,孔深15m,凿岩倾角向外侧倾斜8°,以此扩大浆液影响范围,增强注浆堵水效果;安装孔口管及配套球阀,严防施工过程出现涌水量突增。

3.2 -20m马头门突水过程

-20m马头门掘进面预注浆过了养护期,对马头门进行超前探水后开始掘砌。马头门巷道掘凿至9.8m处时,由于巷道内水文地质情况复杂,裂隙极为发育,因放炮震动使原本因注浆封闭的岩石裂隙重新裂开,致使在距掌子面2.0m的底板右侧发生突水(突水点距井筒7.8m)。刚开始,只是单突水点,突水点规格1.5m×1.9m,涌水量50m3/h。2h后,涌水量逐渐变大,大于井筒排水能力(120m3/h)而淹井。随后,施工队增加了一台排水泵(排水能力120m3/h),井筒水位降至-20m水平,施工人员进入-20m马头门巷道内进行治水前勘察,发现距离原突水点0.5m处新增一突水点,规格为0.6m×0.6m。期间,施工人员进行突水点注浆治水准备工作,从地表沿井筒至突水点敷设预埋了两路φ32mm注浆管伸入涌水孔洞内。刚敷设完注浆管,随着涌水量继续不断增大,最终超出井筒排水能力导致又一次淹井。最后,下放了一台大泵(排水能力1570m3/h),同原来下放的两台小泵(排水能力各120m3/h)一起继续排水,但井筒内涌水量越来越大,估测最大涌水量为1700m3/h以上。经过连续强排水10天后,主井水位稳定在0.34m标高,井筒被淹,强排水已不能解决涌水问题。

3.3 -20m马头门堵水

2011年1月实施经专家论证通过的《-20m马头门涌水封堵技术方案》,对-20m马头门灌注浆进行堵水。总的施工步骤是:第一步,借助-20m马头门掘砌时固定在井筒-20m标高的双层吊盘,在吊盘上抛填充物作为马头门注浆的挡浆墙,填充物底层抛体积大、重量轻的物料将吊盘上的孔洞及缝隙密封严密。同时,从地表再下放一根φ75mm钢管作为备用注浆管。第二步,利用原来预设的两条注浆管,实施涌水点的灌注浆作业,直至填满整个马头门空间。注浆结束后,进行养护。养护时间很据试件抗压强度试验来确定。第三步,两个涌水点及马头门灌注浆封堵结束过了养护期后,对井筒进行排水,将水位降低,然后人员进入作业面对吊盘上的填充物进行清理。第四步,对-20m马头门进行加固及注浆止水,或根据情况修筑堵水墙,再注浆止水。方案实施后,共注入290t水泥、7吨水玻璃,经过加固和注浆止水,成功封堵住了-20m马头门涌水。

4 防水措施探讨

南李庄铁矿位于岩溶地区,水文地质条件复杂,是典型的大水岩溶矿山。针对南李庄铁矿-20m马头门掘砌过程中发生的突水,提出如下防水技术措施:

4.1 掘砌面预注浆

在竖井、马头门和平巷掘砌前,都要进行工作面预注浆,而且采取钻孔、注浆、扫孔、再注浆的循环注浆方式,强化注浆质量,封堵溶洞及裂隙。2011年11月,主井在-60m下掘前,进行了近一个月的下掘面预注浆工作。12月井筒下掘时,井壁几乎无淋水,注浆效果明显。

4.2 特殊岩层加倍预注浆

-20m马头门掘砌前进行了预注浆,但是仍发生了涌水。据矿山初步设计资料和-20m马头门掘凿揭露围岩情况分析,-20m涌水类型为奥陶系碳酸盐岩类构造岩溶裂隙含水层层间水,围岩蚀变主要为大理岩化和绿泥石化,埋深大、水力梯度大,各含水层间水力联系较好,径流通畅补给充足。因此,在特殊岩层,可在注浆圈外侧再增加一圈注浆孔,采用三角形布孔,加大注浆厚度,强化注浆质量,确保特殊岩层掘进安全。

4.3 高度重视,措施及时

对于大水矿山,施工队伍未引起足够重视。-20m马头门涌水前有两个小时的处置时间。因此,施工队伍应制定防治水预案,在井巷掘进中,即使是很小的出水点,也要引起足够重视。在主井下掘中,已制定了应对出水点的治水措施。

4.4 超前探水

掘砌面虽进行预注浆,在掘进前仍要坚持“超前探水”的原则,发现涌水立即注浆封堵。

目前,针对岩溶大水,南李庄铁矿已决定实施地面帷幕注浆工程,目前,施工队伍正进行现场踏勘。帷幕注浆工程竣工后,幕内地下水涌水量控制在10000m3/d,同时对幕内地下水进行疏干,将最大限度地保证矿山安全生产。

参考文献

[1] 辛小毛,王亮.大水金属矿山防治水综合技术方法的研究[J].矿业研究与开发,2009(4):78～81.