鐵山礦涌水治理研究與實踐

劉聲雷 王 兵

(山東金嶺鐵礦)

山東金嶺鐵礦是一座具有悠久開采歷史的中型礦山企業(yè)，年產(chǎn)鐵礦石150多萬t，擁有召口、侯莊、鐵山3個井下生產(chǎn)礦井。鐵山礦辛莊礦床為典型熱液接觸交代型矽卡巖磁鐵礦，產(chǎn)狀受接觸帶控制，賦存形態(tài)差異較大，形狀有似層狀、扁豆狀、透鏡狀等，厚度為2～50 m，傾角為5°～90°。礦體密度為4 t/m3，普氏系數(shù)f=8～10，中等穩(wěn)固;上盤為奧陶系灰?guī)r節(jié)理不發(fā)育，普氏系數(shù)f=8～10，中等穩(wěn)固，密度為2.8 t/m3;下盤為燕山期閃長巖，節(jié)理不發(fā)育，普氏系數(shù)f=10～12，中等穩(wěn)固，密度為2.8 t/m3。多年的礦山生產(chǎn)實踐證明，金嶺礦區(qū)是一個獨立的水文地質(zhì)單元，礦區(qū)地下水基本不受區(qū)域地下水的補給，主要是接受大氣降水的補給。辛莊礦床位于金嶺巖體東側(cè)，南靠鐵山礦床，北臨北金召礦床，處在礦區(qū)灰?guī)r地下水從南向北運動的通道上。礦床中主要含水層為礦床直接頂板的奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r含水層和間接頂板的第四系砂礫石孔隙含水層。礦床中，石灰?guī)r溶隙水含水層富水性強，導水性好，滲透系數(shù)4.63～50.67 m/d。辛莊礦床開采的主要充水威脅正來自這2個含水層的礦坑涌水。

經(jīng)過多年的井下開采及探放水實踐，對鐵山開采產(chǎn)生影響的主要區(qū)域為－280 m以下12線至1線。目前礦坑采礦廢水3 000 m3/d。根據(jù)放水試驗及鐵山礦的排水系統(tǒng)，對鐵山治水采取疏干排水和帷幕注漿堵水2種方案。

1 疏干排水［1］

疏干排水滿足2個條件:水源沒有補充，礦井泵房排水能滿足疏干放水排水能力。－220 m 3線至7線開始水壓為2.0 MPa，經(jīng)過5 d的放水試驗，每天的放水量為2 000 m3，水壓下降到1.65 MPa。通過放水證明疏干排水方案可行，繼續(xù)進行放水，經(jīng)過30多d的放水，再施工探水孔，基本沒有探孔出水。疏干排水效果非常明顯。

2 帷幕注漿堵水［1］

井下帷幕注漿的目的是把地下涌水堵在井下工作范圍以外，在井下創(chuàng)造一個無水或小水的作業(yè)環(huán)境。根據(jù)堵水范圍不同，井下帷幕注漿分巷道掘進注漿和采礦注漿。

2.1 巷道掘進注漿

巷道掘進暴露面積不大，巷道涌水主要通過少數(shù)的裂隙與上盤灰?guī)r的含水層相通。只要能把導水通道堵死，把水隔離在巷道掘進影響范圍之外，就能實現(xiàn)成功治水［2］。在有出水危險的巖層中施工時，必須進行超前探水，實行探水治水相結(jié)合的掘進施工方案。在巷道內(nèi)先用YGZ－90鑿巖機施工?65 mm超前探孔。根據(jù)礦石、圍巖的穩(wěn)固性(普氏系數(shù)f=8～12)及水壓，只要巷道周圍5 m范圍內(nèi)沒有涌水，巷道掘進是安全的。巷道規(guī)格為2.8 m×2.5 m的矩形巷道。在巷道斷面上沿掘進方向布置3個探孔，水平2個探孔，向外傾15°。豎直方向布置1個探孔，向上傾15°。孔深均為30 m。如果探水孔沒有出水(單孔出水量小于4m3/h)，繼續(xù)向前掘進25 m。如果探水孔出水(單孔出水量大于4 m3/h)，必須先進行注漿治水。注漿一般采用單液水泥漿，水泥為普通硅酸鹽水泥，漿液采用1∶1水泥漿。注漿壓力為水壓的2倍，一般在4 MPa左右。注漿完成24 h后開始施工檢查孔，如查檢查孔不出水再向前掘進25 m，如檢查孔出水則需要再注漿。反復探，反復注漿直到檢查孔不出水為止。巷道探孔布置如圖1所示。

圖1 巷道探水孔布置

2.2 采礦注漿［3］

采礦注漿是為以后的中深孔采礦做準備。中深孔采區(qū)上盤圍巖受中深孔爆破破壞影響較大，采空區(qū)上盤頂板暴露面積大。采區(qū)涌水主要是上盤灰?guī)r含水層的水通過原生裂隙、次生裂隙流到采區(qū)，對采區(qū)生產(chǎn)、礦井安全造成威脅。只要能在開采礦體上盤形成有一定安全厚度水泥帷幕，把含水段的水趕出去，與含水層相通的透水通道堵死，使礦體與外界水隔絕，礦體的回采就是安全的。－280 m至－340 m 12線至1線礦體上盤有多條裂隙與金嶺斷層相通，要保證采礦安全，就要在采礦體上盤形成有一定安全厚度水泥帷幕，把含水層相通的透水通道堵死，使礦體與外界水隔絕。根據(jù)鐵山礦中深孔礦房采空區(qū)管理及中深孔爆破實踐得知，中深孔爆破影響的區(qū)域為中深孔頂部10 m以內(nèi)的區(qū)域，礦體傾角在40°以上，上盤頂板暴露面積在2 000m2以內(nèi)的采空區(qū)，頂板暴露時間在5 a內(nèi)頂板塌落厚度不會超過10 m。根據(jù)治水經(jīng)驗，漿液壓力為水壓力的2倍，漿液擴散范圍為20 m左右。為了確保注漿效果，采用單液注漿方式，在采區(qū)中段－288 m水平、－301 m水平、－314 m水平、－328 m水平、－340 m水平分別施工傾角為10°的注漿孔。同一水平注漿孔孔底距為10 m左右。從－340 m水平一端開始注漿，注漿時同一水平的注漿孔及相鄰水平的注漿孔要打開，如果注漿時其他打開的注漿孔出漿液時，把注漿孔的閥門關(guān)上。當注漿壓力達到設(shè)計壓力時停止注漿，把注漿孔換到鄰近的沒有出漿的孔上繼續(xù)注漿。一直注到－288 m水平最后一個孔。漿液采用1∶1水泥漿。注漿最終壓力為水壓的2倍，一般在4 MPa左右。礦房內(nèi)探水孔布置如圖2所示。

3 注漿中出現(xiàn)的問題

3.1 導通裂隙注漿時出現(xiàn)漏漿

如果巷道與含水通道的裂隙相通，暴露在巷道內(nèi)的淌水裂隙無法實現(xiàn)封堵，注漿時漿液將會從裂隙中流出，注漿壓力也不會升高，無法達到注漿堵水的目的。處理這樣問題通常采取施工密封墻和往漿液中加入其他惰性材料的方法。如果淌水裂縫小于5 mm，通常采用往漿液中加入其他惰性材料的方法而不采用施工密閉墻的方法。如－420 m探礦巷道注漿在注漿前，在漿池內(nèi)加入過篩的細鋸未，攪拌均勻，用注漿泵把混有鋸末的液體壓入注漿孔，待裂隙基本不淌水時再采用全孔純壓式單液水泥漿注漿方式。如果淌水裂隙距離迎頭較近，可直接采用施工密閉墻對裂隙直接進行封堵。如裂隙較多但比較集中，可在淌水裂隙的兩端分別施工密閉墻，把裂隙隔離出來。如裂隙較多又比較分散，為了減少水泥漿液的損失及注漿后此處巷道的清理工作更容易，可以在密閉墻內(nèi)充填砂子等介質(zhì)。

3.2 探水孔出現(xiàn)有水無壓現(xiàn)象

采礦注漿時，有可能會出現(xiàn)注漿后再施工探水孔時探水孔出水量較大但沒有水壓的現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是由于注漿時與含水層相通的裂隙已經(jīng)封死，只在封堵層內(nèi)存在少量沒有驅(qū)趕出去的死水。此時不需要再進行注漿治水，通常采用放水進行疏干就可以了。

圖2 礦房內(nèi)探水孔布置

3.3 注漿管堵塞［4］

注漿過程中若注漿壓力驟然增大，而吸漿管卻仍吸漿，則有可能是注漿管堵塞。注漿管的堵塞主要原因是雜物進入注漿管內(nèi)或是因停注時間過長造成管路內(nèi)水泥沉淀凝固。注漿管堵塞時，可打開注漿管上的卸壓開關(guān)，使注漿管卸壓，則管路就會暢通。若仍未暢通，則可進行注水，然后再卸壓沖洗，反復進行即可。若仍未解決則需要用鐵管敲擊注漿管，根據(jù)聲音判斷堵塞地點，然后更換相應的注漿管。注漿管堵塞處理難度大，返工時間長，應盡量采取如下預防措施:

(1)注漿前漿注漿設(shè)備徹底檢修，同時備有充足的備品備件，一旦出現(xiàn)故障應立即更換，防止因停注時間過長引起的堵管。

(2)停注時間(超過30 min)過長時，必須對注漿管路進行先注清水沖洗管路再進行停泵。

(3)注漿時應對水泥進行過篩和對水泥漿液進行過濾。

(4)注漿管路鋪設(shè)應盡量避免拐急彎。

4 結(jié)語

井下涌水不僅增加生產(chǎn)難度、生產(chǎn)成本，同時威脅著井下人員、設(shè)施的安全。經(jīng)過這幾年疏干排水和帷幕注漿堵治水等方案的實施，基本解決了井下水對鐵山礦造成的影響。在注漿過程中，應針對出現(xiàn)的漏漿、堵管等問題，根據(jù)不同的情況采取相應的處理措施。

［1］ 解世俊.采礦手冊［M］.1版.北京:冶金工業(yè)出版社，1990: 449-450.

［2］ 陳 軻，王增光.地面注漿技術(shù)在礦山建設(shè)中的應用［J］.中國礦山工程，2009(1):36-40.

［3］ 周敦軍.礦井涌水量的計算與評價［J］.金嶺科技，2010(1): 142-146.

［4］ 宋彥輝，胡勝利.靜水拋砂注漿治理井筒突水施工技術(shù)［J］.中國礦山工程，2009(1):37-40.