2 0 0 9 年 2月 第 3 8卷第 1期 中国矿 山工程 Chi n a Mi n e Eng i n e e r i n g F eb 2 0 09 Vo 1 3 8 NO 1 地面注浆堵水技术在矿 山建设中的应用 Ap p l i c a t i o n o f p r e g r o u t i n g o n t h e g r o u n d t e c h n o l o g y i n mi n e c o n s t r uc t i o n 陈 轲 王增 光 马 钢 集团 姑 山 矿 业 公司 F t 象 山 项目 部 安 徽 马 鞍山2 4 3 1 8 4 摘要 介绍了白象山铁矿 风井在处理淹井巷 事件 所采 用的地表预注浆堵水技 术 工艺及堵水过 程 施工后取 得了良好的治水 效果 并得到 了实际验证 可供类似工程 参考 关键 词 F 4断层 地 面 注浆 堵 水 Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e d t h e p r e g r o u t i n g o n t h e g r o u n d t e c h n o l o g y a n d t h e p r o c e s s o f b lo c k i n g a g a i n s t a t e r i n d e a l i n g wi t h fl o o d e d t u n n e l i n c i d e n t i n B a i x i a n g s h a n I r o n Mi n e a n d g o o d w a t e r c o n t r o l e f f e c t w a s o b t a i n e d wh i c h c a n p r o v i d e r e f e r e n c e f o r o t h e r s i m i l a r e ng me e nng Ke y wo r d s F 4 f a u l t p r e g r o ut i ng on t h e g r o un d b l oc k i ng a g a i n s t wa t e r l 前 言 地面 注浆堵 水 主要适 用 于厚度 较 大 裂隙 含水层 或 多层 裂 隙含水 层 或 大 的断层 构造 带 加 固 一 般要 求 预 算 涌水 量 1 5 0 m h时 宜 采用 地 面 预 注浆 据 不 完 全统 计 截止 目前我 国已有 1 0 0多个井巷 丁程采 用地 面 注浆 最 大注浆 深 度达 8 5 9 m 钴孑 L 最 多 的达 3 2个 最少 为 1 个 一般 注浆孔 为 6 8 个 特 别是近 年来 两淮地 区新 建 了十余 个现 代 化 新 型矿 井 为加 快 建设 速 度 相 关 科研 部 门积极 研制 新 型井 巷建设 技术 采取 注 浆 和井 巷建设 相结 合 的施工技 术 大 大缩短 了建设 周期 马 钢 集 团姑 山矿业 有 限 责任 公 司 白象 山铁 矿 位 于 安徽 省 当涂县 太 白镇 岗子村 东侧 的山坡上 风井 井筒 已 掘砌 到位 风井 西北 向的石 门 一 4 7 0 m 水平大 巷 向前 掘 进 过程 中 掘进 至距风 井 中心 8 4 3 0 m处 于 2 0 0 6年 8月 2 8日 5时 3 0分 发 生突 水 突 水 水量 达 9 1 7 m h 瞬时 最 大 水量 9 2 8 m3 h 造成 井巷被 淹 通过这 次 突水事件 充 分 说 明了 白象 山矿床水 文地 质 条件 复杂 构 造导 水 能力 强 在 末疏 干条 件下 深部 含水层 涌水 量 大 在 基建 阶段 特别是在排水系统未建立的情况下 深部突发涌水将可 能 对矿 井造成 灾难性 的影 响 2 地质概况及 突水原 因分析 白象 山铁矿属水 文地质条件极复杂矿床 一 3 9 0 5 0 4 7 0 m 3个 中段 的大 巷和 石 门共 有 1 3处要 穿越 导 水 断 层 据 已有 资 料初 步 分析 断 层 带 的导 水 性 明 显 水 头 压 力达 3 9 MP a以上 存 在水 害 隐患 是 建设 工程 面 临 的一 项 技 术难度 大 投 资规模 大 的防治水 工程 第1 期 陈 轲等 地面注浆堵水技术在矿山建设中的应用 3 7 白 象 山铁 矿 风 井一 4 7 0 m 水 平大 巷 巷 道 是 在 大 规模 的闪长 岩体 中前进 的 巷道 附 近及前 进 方 向上 均 远 离强 富水带 巷道 上距 强 富水带 白垩 系上 统 黄马青组沉 积地层 5 0 0 m左 右 巷道 以上闪长 岩的 厚达 5 0 0 m以上 从 巷道揭露 的闪长岩 的裂 隙发育 情 况 看 仅 在 破碎 带 附 近 裂隙 较 发育 其 它部 位 裂 隙均 不太发 育 因此 在这种地层 条件下 巷道 的掘 进 如果没有 外来水 的参与 不会有大 的出水 即便 出 水 也 只是 少量 的裂隙 水 现在 巷道迎 头 的 出水量 高 达 9 1 7 m 7 h 说 明迎 头前 方 有导 水断 层存 在 是 导 水 断层将 上部 富 水带 的水导 人井 下 造 成 了 目前 的 这种状 况 F 4断层 为成矿 后期形 成 的断层 走 向一 般 3 0 倾 向 S E 倾 角 7 5 8 5 宽度 5 l 5 m 为正长 细 晶岩脉充填 F 4断层是 导水 断层 它 沟通 了上部 强富 水带 与巷道 附近 岩层之 间的水 力联 系 巷道揭 露 F 4断层 后 造成迎 头突水 白象 山铁矿风 井巷道 突水示 意图见 图 1 出 9l 图 1 白象 山铁 矿 风 井巷 道 突水 示 意 图 3 地面注浆堵水 3 1堵水方 案制定 针 对突水 原 因 本 次堵 水 的基 本思路 是 对巷 道 前 方 的导水 断层 带进行 帷 幕注浆 使 巷道 前 方 巷 道 周 围 形成 可 靠 的 隔水 帷幕 以确保 巷 道 安 全通 过 首 先构筑 巷道阻水墙 阻 隔涌水并进行 突水点 注 浆 方案设计 比较见 表 l 为缩 短施 工 工 期 降 低 工程 造 价 提 高 堵 水 的 表 1方 案 设 计 比较 安 全性 和可靠 性 经 以上分 析对 比 选 择方 案一 地 面 钻孔堵水 的注浆治 水方案 在地面 注浆堵 水工 程中 地面 布置 2个钻孑 L 利 用 定 向钻 进手段 对 巷道进 行 注浆 使之 形 成坚 固可 靠 的挡 水墙 并 利用前端 的一个钻孔 向迎头 前方 的 断层 带 打 一分 枝 孑 L 对 断 层带 进 行 注浆 完成 初 步 的堵 水任 务 也 为井 下下 一步 注浆施 工 创造 更 为安 全 的施工 条件 3 2钻孔布置 及施工 地 面布置 2个 钻孔 要求 两 钻孔 在 巷道 内 的落 点 为 l号孔 距 迎 头 9 m 左 右 2号孔 距 迎 头 2 m 左 右 落点 的靶域 范 嗣为 沿垂直 巷道方 向不大 于 l m 沿 巷道方 向不大于 2 m 2号孔分 枝 2 的落 点进迎 头 前方 2 3 m 按地 面标高 3 9 8 0 m计算 两 钻孔 从地 面 到巷道 底板 的垂 直深 度 为 5 1 3 4 6 m 为增强 挡水 墙 与巷道 底板 之间 的结合 力 钻孑 L 终孑 L 点要 进 巷道 底板 1 m 则钻孔 的终孔 深度 为 5 1 4 4 6 m 为满 足分 枝孔 2 的井下落点要求 2 孔从距巷道以上 1 0 0 m 左 右 处 开始 施 工 其 终 孑 L 深度 也 为 巷 道底 板 以下 l m 3个 孔的设计 总钻探 工程量 为 1 1 3 3 3 8 m 地 面 钻孑 L 布置及堵 水原理 见 图 2 2 1 导水 F 4断 层 图 2 钻 孔 布 置及 堵 水 原 理剖 面 图 地 面 注 浆 的 目的 主要 有 两 个 一是 建 造 挡 水 墙 二 是 对 出 水点 及 过水 通 道 进行 初 步 封堵 为 井 下 进一 步注浆 创造 安全 条件 挡 水墙 设计 为 内 外 两层 外 墙 的建造 由 l号孑 L 承担 它是 在 无压 条件 3 8 中 国矿 山工 程 2 0 0 9 年 第 3 8 卷 下靠浆液结石体的自然堆积形成的 内墙的形成 由 2号孔负责 它是靠压力注浆而实现的 因此 在施 工顺 序上 先进 行 l 号 孔 注浆 当形 成外 墙 后 又 对 2号孑 L 进 行注 浆 挡水墙 形成 之后 从 2号孑 L 孑 L 深 4 1 0 m处 向巷道 前方 打一 分枝 孔 2 分 枝孔 在 巷道 附近 穿过 断层 带 通过 分枝 孔实 现 了对 断层 带 压力 注浆 3 3 螺杆 钻定 向钻进 技术 在 3个孔 钻进 过 程 中 均 采用 了螺杆 钻定 向钻 进技 术 正 常 钻进 期 间 每 3 0 5 0 m测 斜 一 次 造 斜 期 间 每 2 0 3 0 m测 斜一 次 通 过造 斜 和纠偏 钻进 使钻孑 L 在井下的落点命中设计靶域 钻孔偏斜见表 2 钻 孑 L 特 征见 表 3 2号分 支孔 2 的造斜 和 纠偏 见 图 3 表 2钻 孔 偏 斜表 终孔深度 m 终孔层位 钻 孔 结构 51 7 41 进入巷道底板 l m 2 1 6 m m 0 6 1 5 m 1 6 5 mm 6 1 5 2 9 0 4 6 m 61 5 2 Fi l t h 2 9 0 4 6 5 0 9 2 m 61 3 0 m i l l 5 0 9 2 5 1 7 4 1 m 下 1 2 7 mm套管至孔深 5 0 8 0 8 m 并注浆固管 进入巷道底板 l m 6 2 1 6 mm 0 l 1 5 m 下 1 9 4 mm套管并 注浆 固管 1 6 5 mm 1 1 5 4 1 0 3 9m 下 由1 4 6 mm套管至孔深 4 0 8 1 9 m并注浆 固管 1 3 0 m m 4 1 0 3 9 5 1 8 3 6 m 4l 8 5 6 0 进入断层底板 1 3 0 mm 4 1 8 5 4 0 m 下 1 2 7 mm 套管 2 0 5 8 m 套管的下头孔深 为5 0 1 2 2 m 并注浆固管 61 l O m m 5 4 0 5 6 0 m 号分 支孔 孔落点 I 2 女n 厶 m 7 6 o rI 4 5 图 3 造 斜 与 纠偏 示 意 图 3 4注浆 堵水 3 4 1 钻探 与测斜及 注 浆设 备选择 本 次注浆 属 深孔 注浆 均在 5 0 0 m 以下 为 保 证该堵水工程能快速高效完成 故使用 的钻探注浆 设 备 有 T S J 一 2 0 0 0 A 型 钻 机 2 台 T B W 一 8 5 0 5及 N B B 一 2 5 0 6型 泥 浆 泵 各 2台 测 斜 定 向设 备 有 J D T 一 5 A型 陀螺 测 斜 仪 J D T 一 6 A型 陀 螺定 向仪 各 1 台 5 L Z 1 2 0 x 7 0和 5 L Z 1 4 6 x 7 0型螺 杆钻 具 各 一条 注浆设 备 Q B 一 2 0注浆 泵 1台 N B B 一 2 5 0 6注浆 泵 2 台 地 面建一 注浆站 布设 一个一 级搅 拌池 和一个 二级搅拌池 安装两个 3 5 t 散装水泥罐 配备一套射 流制浆设备 构成一套制浆系统 安装 1台 Q B 一 2 0 注浆 泵和 2台 N B B 一 2 5 0 6注浆 泵 铺设 两 条注 浆管 路 组 成一 套注浆 系统 3 4 2注浆过程概 述 将 注浆设 备 牢 固连接 后 利 用 净水 冲洗 注浆 设 备及 高压 管路 防止注 浆过程 中堵 塞事 故 的发 生 注 浆 用混 合器 上 的压 力表 可 以测 量 注浆 前 的水 压 以 第l 期 陈 轲等 地面注浆堵水技术在矿山建设