浅谈某大水铁矿突水治理经验

李 飞，徐 磊

(1.芜湖太平矿业有限责任公司, 安徽芜湖市 238000；2.长沙矿山研究院有限责任公司, 湖南长沙 410012)

浅谈某大水铁矿突水治理经验

李 飞1，徐 磊2

(1.芜湖太平矿业有限责任公司, 安徽芜湖市 238000；2.长沙矿山研究院有限责任公司, 湖南长沙 410012)

针对施墩铁矿的突水事故，阐述了突水过程及成功抢险的关键步骤与方法。分析该矿水文地质条件以及突水特征，采用浇筑挡水墙作为治理突水的核心工作，共砌筑3段挡水墙，并在墙体内敷设引流管，当混凝土挡水墙浇筑养护后，利用预埋的接缝注浆管进行接缝注浆，该措施及时有效封堵了此次突水，减少了矿山的损失。

矿山突水；挡水墙；注浆接缝

0 前 言

2014年3月31日,施墩铁矿-135 m水平2采区南侧回风巷至巷道开门49 m掘进断面处,该巷道掘进面共布置超前探水孔5个,孔深均为55 m。当1号钻孔开孔至3.8 m时,出现顶钻现象,紧接着钻孔内出现涌水,突水量瞬时达180 m3/h,并不断增大,10 h以后突水量达到1600 m3/h,此后突水水量稳定,超过矿井最大排水能力,由于采取及时的现场应对措施,以及后续有效的封堵工作,使得这次突水事故没有影响到矿山的生产,减少了矿山的损失。本文通过介绍施墩铁矿的治水经验,为在巷道施工中的突水治理提供工程借鉴。

1 水文地质条件

施墩铁矿采矿范围为-85～-185 m,为一地下矿山,采用竖井侧翼式开拓,上向水平分层胶结充填法采矿,已取得开采规模为年产20万t的采矿许可证,铁矿石总储量为316.41万t,TFe平均品位39.79%,MFe平均品位36.11%,可采储量251.7 万t。

施墩铁矿矿体连续性较差、多夹层、多分枝、地层岩性变化快、围岩稳定性较差,矿体直接顶板为徐家山组(T2X)大理岩含水层,主要矿体位于当地侵蚀基准面以下,含水层富水性强,补给条件好,水文地质边界较复杂,矿体底板与闪长岩接触带处,破碎带发育,局部见风化带,通过钻孔揭露,含风化带网状裂隙水,该铁矿水文地质类型归纳为:以岩溶裂隙含水层充水为主的第三类矿床；按矿体与主要充水含水层的空间关系及充水方式,铁矿属徐家山组(T2X)大理岩直接充水矿床；主要矿体位于当地侵蚀基准面以下,主要充水含水层富水性强,补给条件好,水文地质边界较复杂,属第三型水文地质条件复杂的矿床。

2 堵 水

2.1 设计挡水墙厚度计算

挡水墙的厚度计算公式可按式(1)计算

式中:B——混凝土止浆墙厚度,m；

w——作用在墙上的全荷载,kg,w＝pF；

K0——安全系数,取1.4～1.5(取1.5)；

p——注浆终压,MPa(静水压力为1.3 MPa,取4 MPa)；

F——混凝土止浆墙的面积,m2(实际宽度6.02 m)；

b——巷道宽度,m(实际宽度2.6 m)；

h——巷道高度,m(实际高度2.5 m)；

[σ]——混凝土允许抗压强度,MPa(取2 MPa,空区注满实际压力为静水压力1.3 MPa)。

通过计算可得:B＝3.35 m,为安全考虑,实际挡水墙厚度设计为4 m。

2.2 挡水墙材料

(1)直径30 mm的圆钢,作为混凝土中下的主副筋。

(2)墙体用C35的混凝土浇筑,其材料配比为:水∶水泥∶石沫∶石子＝0.45∶1∶0.99∶1.8。

(3)袋装水泥,用于浇筑墙体时码成空区,起模板作用。

2.3 挡水墙施工

选择巷道突水点向后30 m围岩稳固性条件相对较好处施工挡水墙,该挡水墙的施工共分为3段(见图1)。

(1)第一段临时挡水墙施工。码放袋装水泥为临时挡水墙,码放过程中,在距离地板高0.4 m处,敷设一层Φ108 mm的引流管,共8根,距离地板高0.7m处,再敷设一层到流管,共6根,第二次序为第二层距离地板高700 mm的Φ108 mm的引流管,共6根,然后继续施工临时挡水墙,码放4 m后,且距离巷道底板1.2m。临时挡水墙码全巷道断面,宽1. 5 m,高1.8 m。

(2)第二段挡水墙的施工在第一段临时挡水墙向后2 m处,用水泥袋码成一个1.8 m的空区,空区中浇筑混泥土,混凝土浇筑至巷道底板1.2 m时敷设引流管,同时在该水平巷道左右帮各下一根1寸注浆管,为后期注浆接缝使用,此时17根Φ108 mm 及2根1寸注浆管全部导出水。

(3)第三段挡水墙是第二段挡水墙浇筑完成后向后退4 m,形成1个长4 m的空区,该空区清理完毕,露出裸露岩石底,打3排锚杆,排距0.5 m,外斜45°。锚杆打完后,用Φ30 mm的圆钢作为主筋和副筋,主筋、副筋成网状,间距20 cm。浇筑C35混凝土墙,该段墙下部40 cm是部分未被引流走的水与干的混凝土料搅拌成混凝土浇筑,40 cm以上是混凝土现场搅拌好倒入浇筑成的,其中,第二段墙与第三段墙地板预埋3根1寸注浆管作为引流管,浇筑至1.8 m高时在墙左右两帮各预埋1寸注浆管作为引流管,接顶时预埋一根1寸注浆管作为引流管。

图1 挡水墙浇筑结构图

2.4 接缝注浆

混凝土挡水墙浇筑养护24 h之后,即利用预埋的接缝注浆管进行接缝注浆工作。采用1.5∶1～0.8∶1纯水泥浆进行灌注,注浆压力为1 MPa,当出现漏浆时可采用间歇注浆,间歇时间约为1 min。

第一步先对右肩窝预埋的注浆管注浆,发现右肩窝漏浆,暂停1 min再次注浆,该漏浆处没有漏浆,续注顶板中央发现漏浆,重复间歇,最终顶板中央不漏浆,继续注浆发现引流管漏浆,用双液浆封孔,顶板全部注浆达到1 MPa,停止注浆。

第二步对底板预留的3根引流管进行注浆,当底板达到预设定的1 MPa的压力,停止注浆。

第三步注浆底上部的引流管,发现引流管漏浆,用双液浆封死。

2.5 注浆堵水

关水成功后,采用水泥浆注浆堵水(静水压力为1.5 MPa),其浓度为0.8∶1,注浆时仔细观察挡水墙、-135 m水平工作面、矿井涌水量、岩石应力变化情况、工作面滴水的颜色和气味等,同时加强观察压力表、挡水墙的变化,当注浆压力大于6 MPa时停止注浆。

3 结 语

(1)施墩铁矿为一水文地质、工程地质极为复杂的大水矿山,矿体直接顶板为徐家山组(T2X)大理岩含水层,含水层富水性强,补给条件好,属第三型水文地质条件复杂的矿床。

(2)浇筑挡水墙是处理本次突水事故的核心工作,为了能够保证挡水墙的浇筑质量,在位置较好的巷道布置3道挡水墙,其中第一道为临时挡水墙,主要作用是引流和截流,第二道挡水墙为试浇筑挡水墙,由于水量大、风压高,一道挡水墙不能够完全封堵水患,所以在第二道挡水墙之后再浇筑一层挡水墙,以便全面封堵水患。

[1]徐 磊,李 飞.某铁矿水文地质条件及涌水量预测研究[J].采矿技术,2014,14(05):57-59,87.

[2]徐 磊,李 飞,辛小毛.近矿体帷幕注浆在某大水矿山的应用[J].矿业研究与开发,2015,35(03):68-71.

[3]孙翠华,曾先贵.某铁矿井下近矿体帷幕注浆堵水及其效果评价[J].采矿技术,2011,11(4):95-96.

[4]沈继芳,等.矿床水文地质学[M].北京:中国地质出版社, 1992.

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[6]魏克敏,赵茂森,王友长.宝鼎矿区深部水文地质条件研究及涌水量计算[J].中国煤炭地质,2010,23(1)29-35.

2015-05-15)

李 飞(1986-)，男，安徽濉溪人，助理工程师，本科，主要从事矿山防治水工作，Email:80928115＠qq.com。