疏干孔在白象山铁矿防治水技术中的应用

殷登才 孙茂贵 张 清 潘宝正

（安徽马钢矿业资源集团姑山矿业有限公司）

白象山铁矿矿床水文地质条件复杂，下部黄马青组杂色粉细砂岩为矿体间接顶板，富水性强，为矿坑主要充水岩层，矿层属于中等富水含水层，两者在天然状态下为统一的地下水体，具有统一的地下水位，存在一定水力联系。矿区内有F1～F10共10条主要断裂，其中F4～F7为成矿后张性断裂，为陡倾断层，富水性强，且与下部的强含水层导通，对矿山基建和开采威胁大。综合考虑矿区水文地质条件、矿坑的排水能力、防治水工程的性价比及可操作性等因素，矿山确定的总体防治水方案是以疏为主、堵避为辅。

矿山基建及生产前期曾发生多次突水事故，在治理过程中由于出水量大、水压高等因素，治理过程十分困难。通过利用疏干孔从突水点侧向泄压来减小工作面出水压力，可以大大降低治理难度。在生产前期，多个盘区因富水性强需要疏干的原因无法立即回采，常规疏干所需时间较长，矿山经常出现备采矿量不足的情况。通过在盘区来水方向施工疏干孔截断盘区来水通道，用超前截流的方式来解放盘区矿量是一种十分有效的方法［1-5］。

1 疏干孔作为泄压孔

1.1 泄压孔作用原理

疏干孔是使用钻机在需要疏干的含水层中钻进的放水孔，它在井下疏干中是必不可少的，主要是使含水层内的水流出，达到降低水位的目的。根据流体的运动特性，水流总是会沿着阻力最小的方向运动。通过这一原理，在高承压巷道突水治理中，可在突水裂隙源头处通过钻进疏干孔对其水量进行分流，之后在工作面封堵治理中，水流可通过疏干孔无阻力流出，这样就可形成对工作面的泄压处理，这一类型的疏干孔可统一称作泄压孔。

白象山铁矿工作水平最深达500 m，突水时地下水压力较高，利用疏干孔沟通出水源点作为泄压孔，可以减小突水治理时的施工难度，提高治理过程中的安全系数及治理效果。

1.2 工程应用

1.2.1 工程概述

-470 m中段二盘区230#进路底板标高为-452.2 m，巷道参数为6 m×3.5 m的三心五分之一拱，该巷道位于磁铁矿内部，为采矿巷道。该巷道掘进凿岩时，在距离2-1联巷14 m处的工作面爆破后存在出水裂隙，裂隙自左侧掌子面顶部斜向下延伸至掌子面中心位置，裂隙掌子面出露宽度约为30 mm，内部宽度约400 mm，掌子面向前1.5 m左右有一平行于掌子面的节理面，掌子面左侧岩性破碎，裂隙较发育（图1）。根据现场测量出水量约为35 m3/h，水压约为2.0 MPa，在裂隙出露位置上方约500 mm处施工探水孔，在1.5 m左右出水，出水量约为8 m3/h。

1.2.2 施工难度

裂隙宽约为30 mm，出水量大约为35 m³/h，水压较大（2 MPa），注浆难度较大。掌子面岩体裂隙较发育，导水裂隙多，岩性破碎，注浆时容易沟通其他裂隙，使得整个掌子面四处出水且容易发生跑浆。掌子面前方1.5 m处有一平行于掌子面的节理面，当带压注浆时，节理岩体容易垮塌。

1.2.3 施工方案

在掌子面右侧寻找水源，用风钻打7个泄压孔（图1（a）），减小导水裂隙出水量和压力，使用直径为32 mm的止浆塞，以利于测压及最后注浆。在相邻的228#进路对230#进路导水裂隙方向施工直径为75 mm的放水注浆孔，最终钻孔出水落点要高于巷道顶部3 m以上（图2）。当泄水孔施工完毕之后，在228#进路泄水泄压，从而对230#掌子面出水裂隙进行处理，除去用于泄水的2个直径为32 mm的止浆塞外，其他的裂隙都要用水泥浆液（较大裂隙用水泥袋或锯末等材料）进行封堵，直至掌子面无散水涌出，对掌子面进行喷浆，厚度为400 mm。从228#施工的钻孔处直接对230#巷道顶部水源处注浆，同时观察230#掌子面有无漏浆情况。当出现漏浆时，及时换成双液浆。注浆压力要达到6～8 MPa。注浆完成后，对230#掌子面施工直径为42 mm、长度为5 m的探孔，如果探孔出水，下止浆塞封堵，直至检查孔无水为止。

1.2.4 施工效果

泄压孔施工完成后，总计泄出水量约43 m³/h，230#掌子面1、3、6、7孔总计出水减少30 m³/h，2、4、5孔测压压力减小为零，如表1～表2所示。

应用泄压孔泄压注浆的方式，解决了-470 m中段二盘区230#巷道大裂隙突水的问题，为今后白象山铁矿遇到此类问题提供了经验，更为高承压、节理裂隙发育巷道的突水治理提供了一种新方法。

2 疏干孔作为截流孔的应用

2.1 截流孔应用原理

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截流是针对地下矿坑（盘区）的主要充水通道有计划、有目的地切断地下水的水源通道，以达到减少或消除矿体内部水量的目的，截流孔即为在矿体截流工程中施工的疏干放水孔。其主要原理是查清盘区主要来水方向和通道后，在矿体（盘区）来水源头方向垂直于水源方向施工一条疏干截流巷道，在巷道内部沿来水一侧对着裂隙方向施工一排或多排截流孔，使得水流能够通过孔内流出而减少或消除向采区的流水量，达到保护采区的目的。

对于富水量较大的盘区，利用疏干孔在盘区来水方向采用截流方式疏干，具有明确的针对性，且针对局部盘区的截流疏干相对于中段疏干而言，疏干强度比较小，疏干时间比较短，矿山排水压力小。

2.2 工程应用

2.2.1 工程概述

白象山铁矿-470 m六盘区位于矿区西部，从19线一直向南开采自15线，采区自开采以来散水较大，最大达到200 m³/h。目前六盘区开采标高为-457 m，采用预控顶上向进路充填法，采区巷道顶板淋水较大，最大为15 m³/h，最小约为0.5 m³/h，总涌水量约130 m³/h。巷道散水过大给施工及安全带来了很大问题。

2.2.2 施工方案

（1）查水源、通道。根据地质报告提交资料，白象山铁矿东北部为隔水边界，西南部为透水边界，西南矿体内部地下水补给是自西南而来；根据白象山铁矿基建及生产期间探孔资料大数据分析得知，巷道向南掘进中遇水概率超过80%；再根据六盘区掘进经验，巷道只要向南掘进遇水疏干后，北部散水点一段时间后就会减小。因此，判断六盘区地下水来源为自南向北补给。该区域裂隙发育自南向北、由上而下，倾角约为87°。

（2）截流方案。选择该采区最南段凿岩联巷作为专门截流巷道，在来水方向施工扇形截流孔，截断地下水流向采场（图3），截流孔深度不超过50 m，仰角一般为5°～10°，最终落点超过该盘区开采顶板标高2 m即可。

2.2.3 施工效果

2017年5月共设计施工7个孔，其中有5个孔截流出水（表3），总截流量为121 m³/h。施工完成10 d后，-457 m分层凿岩联巷散水量由原来的35 m³/h降至零（图4），矿房顶板散水均逐步减少至无。施工15 d后，采场内除截流孔内出水外，整个采场巷道内散水量小于1 m³/h，截流效果达100%。

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利用疏干孔作为截流孔从地下水源头截流疏干，阻断地下水通往采区方向的通道，解决了-470 m六盘区因矿房散水过大而产生的采矿强度低、施工作业难、安全效果差的问题，同时为盘区疏干提供了一种新的方法。

3 结语

在白象山铁矿生产防治水技术中，疏干孔在不同的防治水方案中可起到泄压孔和截流孔的作用。泄压孔在高承压水下巷道突水治理中起到减流、泄压的作用，可有效减小注浆压力差，提高注浆堵水效果，减小高压出水治理难度；截流孔可应用在盘区或者矿区局部疏干截流方案中，起到阻断地下水通道、疏干地下水储量的作用。相比传统的矿床疏干设计而言，具有针对性强、影响范围小、施工周期短的特点。