某鐵礦-205 m水平 11-1#大水鉆孔注漿成果分析

韓增營(yíng),王 亮

(1.山東省萊蕪市萊新鐵礦有限責(zé)任公司, 山東萊蕪市 3711032;2.長(zhǎng)沙礦山研究院, 湖南長(zhǎng)沙 410012)

某鐵礦-205 m水平 11-1#大水鉆孔注漿成果分析

韓增營(yíng)1,王 亮2

(1.山東省萊蕪市萊新鐵礦有限責(zé)任公司, 山東萊蕪市 3711032;2.長(zhǎng)沙礦山研究院, 湖南長(zhǎng)沙 410012)

通過(guò)注漿現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及注漿資料分析,結(jié)合礦山現(xiàn)有地下水監(jiān)測(cè)資料,對(duì)礦山-205 m水平 11-1#大水鉆孔的注漿成果進(jìn)行了綜合分析與研究,指出注漿封堵了礦井東南方向的裂隙水,小時(shí)涌水量減少 180 m3,確定了礦山適宜的注漿設(shè)備與工藝參數(shù),為礦山下一步帷幕注漿奠定了基礎(chǔ)。

鐵礦;大水鉆孔;注漿成果

萊新鐵礦位于山東省萊蕪市境內(nèi),屬典型大水礦山,現(xiàn)采用井下帷幕注漿方案開(kāi)展防治水工作。該鐵礦-205 m水平西部 11-1#孔在鉆進(jìn)過(guò)程中曾經(jīng)涌出大量黃泥,出水約 150～180 m3/h,水量大,水壓高,為典型大水鉆孔。經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的注漿封堵,累計(jì)注入水泥近 2000 t,圓滿(mǎn)完成了在雨季來(lái)臨前對(duì)-205 m西部頂板大理巖裂隙的帷幕注漿加固工作。

1 鉆孔參數(shù)及注漿流程

1.1 鉆孔涌水情況

11-1#孔位于-205 m西部 11#充填回風(fēng)巷對(duì)面,鉆孔方位:168°,傾角 300°,孔深 61.5 m。該孔于 2008年 5月 4日開(kāi)孔,5月 6日結(jié)束。鉆進(jìn)過(guò)程中在 9 m處見(jiàn)水 4 m3/h,在 35 m處水量增大至 15 m3/h,在 55 m處水量增大至 25 m3/h,在 58 m處水量增大至 60 m3/h,水質(zhì)混濁,鉆至 61.5 m提鉆后孔內(nèi)有大量黃泥流出,約 30 m3,10 min后孔內(nèi)水量逐漸增大至 180 m3/h,水質(zhì)逐漸變清。孔口安裝閥門(mén)關(guān)閉,經(jīng)放大炮震動(dòng),再打開(kāi)閥門(mén)后,孔內(nèi)又有黃泥涌出,約 20 m3。黃泥流出后水量有所減少(150 m3/h)。

1.2 注漿流程及參數(shù)

11-1#孔于 2008年 5月 9日夜班開(kāi)始注漿,至7月 12日早班結(jié)束,歷時(shí) 34 d,注漿初壓 3.0 MPa,終壓 10MPa,累計(jì)注入水泥 1956.5 t。注漿過(guò)程:注漿起始先按 1.5∶1的水灰比,以 120 L/min的流量起注,5 d后不起壓加大,注漿濃度增加至 1∶1,注漿壓力達(dá) 5 MPa時(shí),累計(jì)注入 606 t;之后注漿濃度由1∶1調(diào)至 1.5 ∶1,壓力達(dá) 7 MPa時(shí),又注入水泥1037.75 t;之后注漿濃度又調(diào)至 2.0∶1,流量調(diào)小至60 L/m,至注漿終壓 10 MPa,又注入水泥 312.75 t。

2 注漿后堵水效果

2.1 礦井涌水量明顯下降

注漿初期礦井涌水量平均為 540 m3/h,注到449 t時(shí),礦井涌水開(kāi)始有所降低,至 6月 25日(注入水泥 1424.5 t),礦井涌水量減少 110 m3/h,降到400 m3/h以下,到注漿結(jié)束時(shí),礦井涌水量平均為360 m3/h,涌水量明顯降低,注漿堵水效果十分明顯(見(jiàn)表1)。

表1 -205 m 11-1#孔注漿量與水壓、涌水量的關(guān)系

2.2 地表水位回升

地面水文孔水位大幅上升,從距 11-1#鉆孔最近的地面東南方向 390 m處 LX1孔 5月 1日至 7月9日的水位變化曲線(見(jiàn)圖1)可以明顯看出,水位從 87 m上升到 109 m,上升 22 m(同期降雨只有41.8 mm,對(duì)地面水位沒(méi)有影響),旱季水位沒(méi)降反升,說(shuō)明注漿封堵了涌水通道,水位上升。

圖1 LX1孔時(shí)間-水位變化曲線

與此同時(shí),井下水壓升高幅度也較大,據(jù)表1顯示,-205 m水平水壓由 5月初的 2.1 MPa上升到2.97MPa(6月 30日),升高 0.87MPa,接近 2007年雨季后的數(shù)值。

3 注漿成果分析

(1)注漿封堵了礦井東南方向來(lái)的裂隙水。通過(guò) 11-1#孔的注漿和地面水位變化的情況分析,在礦區(qū)東南側(cè) 390 m的 LX1孔水位上升 19 m,而距11-1#鉆孔較遠(yuǎn)的地面西南方向 1050 m處 LX5水文觀測(cè)孔水位基本沒(méi)有變化。從這一點(diǎn),也可以說(shuō)明 11-1#孔注漿封堵的是東南方向的進(jìn)水通道,或者說(shuō)該裂隙的走向是東南 30°,對(duì)西南方向的進(jìn)水沒(méi)有影響。

(2)-205 m水平南側(cè)頂板大理巖存在較大巖溶裂隙過(guò)水通道。11-1#孔在 58～61.5 m處(標(biāo)高-172.359～-169.25 m)兩次突水涌出大量黃色粘土(約 50 m3),說(shuō)明在該處存在一個(gè)大的巖溶裂隙,裂隙內(nèi)充填黃色粘土;涌水量達(dá)到 150～180 m3/h,說(shuō)明裂隙寬度大、涌水通道暢通。按配比 1∶1水泥漿結(jié)石率為 75%,根據(jù)注漿量推算,1956.5 t水泥,1∶1漿液體積為 2543.45 m3,巖溶裂隙或溶洞體積大約為 1907.58 m3,相當(dāng)于寬 1.0 m、長(zhǎng) 200 m、高9.5 m的大裂隙。說(shuō)明在-205 m水平西部下盤(pán)南側(cè)頂板標(biāo)高-172.359 m以上的大理巖中存在一條較大的巖溶裂隙或過(guò)水主通道。1956.5 t水泥量是到目前為止單孔注入量最大的,同時(shí)-205 m水平、-219 m分段及其它地點(diǎn)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)跑漿現(xiàn)象,說(shuō)明漿液擴(kuò)散到-205 m水平以上巖溶裂隙中。從圖2可以明顯看出,隨著注漿量的增大,壓力是緩慢上升的,其注漿壓力為 4.5～7.5MPa(相當(dāng)于水壓的 1.5～2.5倍),注入水泥量達(dá) 1250 t。

圖2 11-1#孔注漿量和壓力曲線

11-1#孔是-205 m水平頂板的一個(gè)探水孔,附近其它鉆孔孔深都小于 58 m,雖然也揭露了不少裂隙,但出水量不大,沒(méi)有揭露到主裂隙,也沒(méi)有突出裂隙充填物,因此注漿量均較小。

(3)確定了注漿設(shè)備、材料和工藝參數(shù)。通過(guò)上半年的注漿,特別是 11-1#孔的長(zhǎng)過(guò)程大量注漿,證明BGP120/15-55型高壓泵在流量和壓力兩方面均適合萊新鐵礦高壓注漿要求;在 11-1#孔的注漿過(guò)程中,根據(jù)注漿壓力變化及時(shí)調(diào)節(jié)注漿濃度,保證了注漿量。注漿壓力達(dá)到 5.0MPa后及時(shí)調(diào)整水泥漿配比為 1.5∶1,至壓力 7 MPa時(shí),共注進(jìn)1037.75 t水泥,說(shuō)明萊新鐵礦注漿壓力 5～7 MPa時(shí)注漿量最大,水泥漿濃度配比選 1.5∶1也比較適合。

4 結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)-205 m水平 11-1#大水鉆孔注漿成果的分析,首先認(rèn)為此次注漿封堵了礦井東南方向的主通道裂隙水,至于注漿封堵效果如何,需要下一步施工鉆探工程檢查;其次-205 m水平南側(cè)頂板大理巖存在較大巖溶裂隙過(guò)水通道,是下一步防治水工作的重點(diǎn);另外,此次注漿確定了適合該礦山的注漿設(shè)備、材料及工藝參數(shù)等有關(guān)問(wèn)題,為下一步帷幕注漿工程奠定了基礎(chǔ)。

[1] 何修仁,等.注漿加固與堵水[M].沈陽(yáng):東北工學(xué)院出版社,1990.

[2] 地質(zhì)礦產(chǎn)部.水文地質(zhì)手冊(cè)[M].北京:地質(zhì)出版社,1978.

[3] 房佩賢.專(zhuān)門(mén)水文地質(zhì)學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,1987.

[4] 王 軍.巖溶礦床帷幕注漿截流新技術(shù) [J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2006,26(S1):151～153.

2009-04-19)

韓增營(yíng)(1969-),山東萊蕪人,長(zhǎng)期從事礦山防治水研究與施工工作,Email:sdlwhzy@163.com。