某铁矿竖井基岩段掘进工作面治水工程实践-矿业114网 
首页 >> 文献频道 >> 矿业论文 >> 正文
某铁矿竖井基岩段掘进工作面治水工程实践
2019-05-17
地下矿竖井在基岩段掘进过程中淹井,在止水垫上施工止浆垫进行治水,而在注浆过 程中,受注浆压力的影响,存在止浆垫上移、注浆效果差、治水失败的现象。通过采取在井壁上人工 开凿环形凹槽,制造岩帽施工止浆垫的方法,增大与井壁摩擦力,抵抗注浆压力,解决在止水垫上施 工止浆垫遇到的工程难题。现场实践表明,在注浆过程中,止浆垫未发生位移及破损,注浆压力也 达到了设计要求,后期井筒掘进过程中,裂隙充填密实,未出现再次涌水现象,节约了投资,治水效 果达到了预期,为同类条件下基岩段竖井治水施工提供了经验。
Serial No. 600 April. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 600期 2019 年 4 月第 4 期 某铁矿竖井基岩段掘进工作面治水工程实践 吕ꢀ 斌ꢀ 卢尚鹏ꢀ 李ꢀ 硕ꢀ 田益琳ꢀ 冷ꢀ 波 ( 河钢集团矿业公司司家营北区矿山分公司) ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 地下矿竖井在基岩段掘进过程中淹井,在止水垫上施工止浆垫进行治水,而在注浆过 程中,受注浆压力的影响,存在止浆垫上移、注浆效果差、治水失败的现象。 通过采取在井壁上人工 开凿环形凹槽,制造岩帽施工止浆垫的方法,增大与井壁摩擦力,抵抗注浆压力,解决在止水垫上施 工止浆垫遇到的工程难题。 现场实践表明,在注浆过程中,止浆垫未发生位移及破损,注浆压力也 达到了设计要求,后期井筒掘进过程中,裂隙充填密实,未出现再次涌水现象,节约了投资,治水效 果达到了预期,为同类条件下基岩段竖井治水施工提供了经验。 关键词ꢀ 止浆垫ꢀ 环形凹槽ꢀ 注浆ꢀ 治水 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 04. 059 ꢀ ꢀ 河北冀东地区有着丰富的铁矿资源,储量大,埋 工止浆垫,以进行下一步治水。 藏浅,开采前景极好,目前有在建的最大地下矿山和 露天矿山。 但该地区地质条件复杂,地下水发育,第 四系覆盖厚度大,基岩破碎带多,裂隙发育,给矿山 的建设带来了很大影响。 1. 2ꢀ 水文地质情况 该区域基岩为一套变质程度较浅并经受不同程 度混合岩化的古老变质岩系,经过长期的地质作用, 形成统一的裂隙承压含水层。 依据其成因、裂隙发 育程度以及岩体的埋深条件不同,将裂隙含水岩系 划分为古老风化壳裂隙含水带与深部构造裂隙含水 带两部分。 古风化壳裂隙含水带全风化带分布于古 风化壳的顶部,直接与第四系地层接触。 岩石结构 松散,大部分变质变色,多呈黄白色和浅黄色,风化 岩芯多呈块状,可见原岩结构,局部为残积土。 出水 点位于深部,深部构造裂隙含水带由古风化壳以下 的断裂破碎带组成,包括断层带和断层影响带。 平 面上集中分布在 S9 ~ S18 线,垂向上赋存ꢁ120 m (或ꢁ180 m),厚度变化较大,由 15 ~ 200 m 不等,一 般为 50 ~ 100 m。 根据前期抽水试验资料,单位涌 某矿山在建主井采用冻结法与普通凿井法施 工。 进入基岩段后,受工作面基岩裂隙水的影响,一 度造成淹井,工程进度缓慢。 采用水下浇筑止水垫 的方案,封堵了竖井工作面涌水点,但工作面涌水需 要治理,如盲目继续施工,可能会造成二次淹井,存 [ 1-2] 在安全隐患 。 注浆时止浆垫向上移动,注浆压力 达不到设计值,注浆效果达不到预期,井筒掘进受到 影响。 1 ꢀ 工程概况 1 . 1ꢀ 工程基本情况 某主井设计井深 670 m,井筒直径为 5. 6 m,基 3 水量为 0. 011 m / (h·m),渗透系数为 0. 049 m/ d, 岩段井壁支护厚度为 0. 6 m,为单层素混凝土,混凝 土标号为 C40。 井筒内含有 3 个水平马头门及硐室 3 断层影响带单位涌水量为 0. 175 m / (h·m),渗透 [ 3] ( ꢁ535 m 大件道马头门、ꢁ588 m 计量硐室、ꢁ650 m 系数为 0. 55 m/ d 。 粉矿回收巷)。 掘进至标高ꢁ520. 6 m 时,工作面出 1 . 3ꢀ 基岩地质情况 3 现涌水,涌水量为 217 m / h,造成淹井。 采用水下 根据勘察孔揭露的岩性,该位置出水点主要以 浇筑水泥浆的方案,封堵了工作面涌水点。 止水垫 厚 12. 6 m,表面标高为ꢁ508 m,由于止水垫强度不 够,只起到止水作用,因此,需要在止水垫表面再施 混合花岗岩为主。 具体情况见表 1。 2 ꢀ 治水方案 虽然竖井工作面涌水被止水垫封堵,但依然不 能掘进,存在安全隐患,需要进行工作面预注浆,方 能掘进。 受涌水量大的影响,需要在止水垫上浇筑 强度较高的止浆垫才能进行注浆,由于止水垫表面 ꢀ ꢀ 吕ꢀ 斌(1986—),男,工程师,063700 河北省唐山市滦县响嘡 镇。 1 99 总第 600 期 现代矿业 2019 年 4 月第 4 期 处在已浇筑好的井筒中,如果不采取措施,止浆垫没 表 1ꢀ 钻孔柱状图 地层编号 时代成因 层底深度/ m 分层厚度 / m 岩土名称及特性 岩芯采样率/ % 混合花岗岩,灰白色,中粗粒变晶结构,块状构造,主要矿物成分为长 石、石英、云母,局部见黑云变粒岩,厚 0. 1 ~ 0. 3 m,属坚硬岩石,岩芯 呈短柱状,一般节长为 1 ~ 60 cm,最大节长为 63 cm,主要发育裂隙倾 角为 45° ~ 65°,70° ~ 88°,充填物为钙质,偶见泥石及泥质,岩体质量等 级为Ⅲ级。 1 519. 3 ~ 553. 2 34. 0 5 . 1 混合花岗岩,灰白色,中粗粒变晶结构-片麻状构造,主要矿物成分为长 石、石英、云母,见混合花岗岩,岩厚 0. 1 ~ 0. 7 m,属坚硬岩石,岩芯呈 短柱状,一般节长为 5 ~ 56 cm,最大节长为 60 cm,主要发育裂隙倾角 为 45° ~ 65°,70° ~ 88°,充填物为钙质,偶见绿泥石及铁染,岩体质量等 级为Ⅳ级。 2 3 519. 3 ~ 558. 4 8 7 . 8 混合花岗岩,灰白色,中粗粒变晶结构,块状构造,主要矿物成分为长 石、石英、云母,属坚硬岩石,岩芯呈短柱状,一般节长为 4 ~ 49 cm,最 大节长为 77 cm,主要发育裂隙倾角为 10° ~ 25°,40° ~ 50°,充填物为 钙质,偶见绿泥石,岩体质量等级为Ⅱ级。 Ar 100 519. 3 ~ 567. 2 . 8 混合花岗岩,灰白色,中粗粒变晶结构,块状构造,主要矿物成分为长 石、石英、云母,属坚硬岩石,岩芯呈短柱状,一般节长为 2 ~ 30 cm,最 大节长为 40 cm,主要发育裂隙倾角为 25° ~ 50°,60° ~ 88°,充填物为 钙质,偶见绿泥石,见擦痕,岩体质量等级为Ⅳ级。 4 5 567. 2 ~ 575 575 ~ 579. 9 破碎带,灰白色,由混合花岗岩破碎而成,岩芯短柱状,长柱状及楔状, 一般块径为 2 ~ 17 cm,最长为 20 cm,破碎面见铁染,岩体质量等级为 4. 9 Ⅴ 级。 有岩帽的作用,注浆时存在位移的情况,采取在井壁 上开凿环形凹槽,人工制造岩帽的方案。 2. 2ꢀ 止浆垫厚度及注浆孔倾角 滤水层厚度计算公式为 2 . 1ꢀ 注浆段高及注浆孔数的选取 受爆破震动及注浆段范围内其他工程影响,综 合考虑,采用斜注浆孔的布置方式,结合前期阶段治 水经验,最终确定注浆段高为 50 m。 注浆孔数参照以下公式: N = π(D - 2A) , (1) L 式中,N 为注浆孔个数,个;D 为井筒净直径,5. 6 m; A 为注浆孔与井壁距离,根据钻机型号取 0. 5 m;L 为注浆孔间距,1 m。 经计算,注浆孔数 N=14. 4 个,最终确定注浆孔 为 14 个,中心检查孔 1 个,共计 15 个。 其他工程为大件道马头门,由于马头门在此次 注浆段范围内,考虑到成本及工期影响,采取竖井与 马头门一起注浆的方案。 通过计算,在马头门方向 布置 6 个注浆孔可满足注浆效果。 工作面布置孔口管 15 个,大件道马头门方向布 置 6 个,共 21 个。 止浆垫及注浆孔布置平面见图 1。 2 00 ꢀ ꢀ 吕ꢀ 斌ꢀ 卢尚鹏等:某铁矿竖井基岩段掘进工作面治水工程实践ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 4 月第 4 期 要高出止浆垫 0. 5 m 的设计原则,孔口管的长度最 终确定为 4. 5 m。 采用 ϕ108 mm×4 mm 的无缝钢 管,ϕ0. 8 mm 钢筋呈螺旋状点焊在注浆管的外壁 上,与止浆垫增大摩擦。 孔口管布置参数见表 2。 表 2ꢀ 孔口管布置参数 孔号 名称 工作面注浆孔 距井壁 0. 5 m 检查孔 井中心 位置 倾角/ (°) 眼距/ m # # 1 ~ 14 3 90 3 1 # 15 # # # 1 6 9 ~ 18 ~ 21 马头门注浆孔 距井壁 0. 4 m 马头门注浆孔 距井壁 0. 4 m 1 1 # 1 3 ꢀ ꢀ 选取 ϕ423 mm×δ10 mm×4. 5 m 滤水桶,滤水桶 图 1ꢀ 止浆垫及注浆孔布置平面 内放置 1 台 WQ50-60-15 型潜污泵,另在打钻平台 上放置 1 台作为备用泵使用,止浆垫下部铺设 0. 6 m 滤水层。 滤水桶下部 0. 6 m 处切割成花孔,使滤 水层中的涌水能够顺利流入滤水桶,上部焊接高压 法兰盘。 1 —大件道马头门注浆孔孔底位置;2—大件道马头门注浆孔孔口位 置;3—滤水桶;4—检查孔;5—注浆孔孔口位置;6—注浆孔孔底位 置;7—井壁;8—大件道马头门 Q A = 2 + 0. 25 , (2) (3) 3 . 14βr Q = tq , 2. 4ꢀ 井壁强度的验算 式中,A 为滤水层厚度,m;r 为井筒荒半径,3. 4 m;β 为碎石层的孔隙率,35% ;Q 为停泵时间内涌水量, 井壁强度的验算公式为 2 2 a′] = P[(D + 2E) + 4h ] , [ (6) 3 3 4 E(D + E) m ;q 为井筒涌水量,0. 33 m / min;t 为停泵时间,一 般取 15 min。 式中,[a′]为井壁实际承受压力,MPa;D 为井筒净 直径,5. 6 m;E 为井壁厚度,0. 6 m;P 为注浆压力, 经计算,滤水层厚度为 A = 0. 64 m,为方便施 1 0 MPa;h 为球面高,0 m。 工,取 0. 6 m。 经计算,井壁的抗压强度[a′] =24. 9 MPa,止浆 止浆垫厚度计算公式为 1 垫与井壁连接处混凝土标号为 C40,养护期后的允 许抗压强度为 32 MPa,大于 24. 9 MPa,满足注浆要 求。 2 P B ≥ D4 νR 0 , (4) n 式中,Bn 为止浆垫的厚度,m;D 为井筒净直径,取 1 2 . 6 m;P0 为滤水层注浆压力,取 40 kg / cm ;R 为滤 3 ꢀ 施工过程 5 3 . 1ꢀ 环形沟槽的开挖 水层注浆时混凝土抗压极限强度,止浆垫为 C40,取 2 在施工止浆垫位置中部开凿高 1 m、深 0. 5 m 4 00 kg / cm ;ν 为混凝土抗压强度的非均匀系数,ν = 环形沟槽,制造人工岩帽,使止浆垫与井壁形成一个 整体,增大止浆垫与井壁的摩擦,抵抗注浆压力。 0 3 . 5。 R 3 . 2ꢀ 滤水层的铺设 经计算,该段止浆垫厚度 Bn =3. 4 m。 所以止浆垫总厚度 B =3. 4+0. 6 =4. 0 m。 孔口管倾斜角度计算公式为 施工滤水层前,将滤水桶垂直置于止水垫表面, 安置在井筒中心处,与检查孔错开,保证滤水桶不影 响其它注浆设施。 按照孔口管安装参数,将实验合 格的孔口管固定好。 准备工作完毕,在滤水桶底部 周围堆放工业混凝土加气砖,增强滤水作用,滤水桶 中放置潜水泵,堆放至 0. 6 m 时,滤水层表面找平, 上部铺设一层废旧风筒布,阻隔混凝土浆液流至滤 水层中而损坏潜水泵。 - 1 S - A , H α = tg (5) 式中,α 为斜孔在径向上与竖直轴线的夹角,(°);S 为终孔位置在径向上超出净径的距离,S = E+m,E 为永久井壁厚度,取 0. 6 m,m 为终孔位置超出荒径 的距离,取 3 m;H 为注浆段高,m。 经过计算,孔口管正向倾角 α=3°。 3. 3ꢀ 止浆垫的浇筑 2 . 3ꢀ 孔口管及滤水桶参数的选取 滤水层铺设完毕,检查工作面无淋水后,开始浇 筑止浆垫。 按照混凝土浇筑规范,做好运输、振捣等 止浆垫加滤水层最终厚度为 4 m,按照孔口管 2 01 总第 600 期 现代矿业 2019 年 4 月第 4 期 工作,由于本次对止浆垫混凝土强度要求较高,采用 商品混凝土进行浇筑,使用底卸式吊桶进行运输。 在浇筑过程中,时刻观察滤水桶中水泵的运行及水 质情况,保证运行设备完好。 止浆垫浇筑完毕后,依 然要保证潜水泵运行,直到止浆垫达到凝固,方可停 止。 最终在井筒内形成整体治水设施,断面见图 2。 为 P. O42. 5,水玻璃选用 40° ~ 45°Be′,M = 2. 5 ~ 3. 0 为宜。 3. 6ꢀ 技术保障措施 ( 1)清理止水垫表面泥浆,处理到表面基本固 结,在表面进行施工没有问题为止。 2)依据设计要求,在浇筑好的井壁上开凿凹 槽,定好凹槽位置。 ( ( 3)按照技术参数焊接注浆孔口管,确定好孔 口管的法向角及位置。 ( 4)施工滤水层,布置滤水桶,保证止浆垫浇筑 时不受工作面的淋水影响,保证止浆垫浇筑质量。 图 2ꢀ 井筒内整体治水设施示意 1 —井壁 ;2—止浆垫;3—孔口管;4—隔水层;5—止水垫;6—滤水桶 切割的花孔;7—滤水层;8—碎加气混凝土砌块砖;9—开凿的环形沟 槽;10—滤水桶;11—预埋件及加固孔口管;12—基岩 3 . 4ꢀ 打钻施工 止浆垫养护达到期限后,在井筒内搭设钻机平 台,同时对孔口管进行加固处理,封堵孔口管及滤水 桶,进行试压。 压力符合要求后对滤水层进行充填, 在充填的过程中,观察是否有浆液流出,同时对流出 位置适当封堵,保证滤水层充填密实。 采用 SGZ-ⅢA 型液压钻机配 ϕ50 mm×6 mm×1 2 00 mm 地质钻杆,ϕ75 mm 合金潜孔钻头,共布置 2 台钻机同时打钻。 在钻进过程中,安装防喷器,防止 在打钻过程中突发涌水。 按照分层下行式注浆参数 进行打钻,共分为 3 层(0 ~ 15 m,15 ~ 30 m,30 ~ 50 m),钻进至一定深度后,停止打钻,使井筒注浆孔打 钻深度均为同一深度。 3 . 5ꢀ 注浆施工 采用地表注浆方式,安装 2 台聚能 AE-90 型双 液注浆泵,通过 2 路 ϕ25 mm 高压软胶管输送到井 下。 在孔口管注浆前,必须进行打压试验,满足要求 后方可进行注浆,注浆前先注清水 30 min,疏通管路 及岩石裂隙。 按照下行注浆方式,当所有注浆孔处 在同一深度时,对出水孔进行注浆,注浆压力为静水 压力的 4 倍,均为 20 MPa。 开始注 0. 75 ∶1 单液浆, 当达到注浆压力时,泵量小于 30 L/ min,稳定 20 ~ 3 0 min, 结 束 注 浆, 最 后 采 用 双 液 浆 封 孔, 水 泥 2 02 ꢀ ꢀ ꢀ 吕ꢀ 斌ꢀ 卢尚鹏等:某铁矿竖井基岩段掘进工作面治水工程实践ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 4 月第 4 期 ꢀ (5)连续浇筑止浆垫,不得中断,混凝土标号要 ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ [ 10]ꢀ 缪世贤,黄敬军,武ꢀ 鑫,等. 徐州岩溶地质调查及其发育特 征分析[J]. 水文地质工程地质,2017,44(2):172-177. 11]ꢀ 贺ꢀ 炜,李ꢀ 昆,王芳洪. 防岩溶塌陷加筋垫层大比例模型试 验及设计理论研究[ J]. 岩石力学与工程学报,2016,35(5): 980-988. 与井壁相同。 6)工作面涌水量超过 20 m / h,设置 2 个滤水 3 ( [ 桶,一用一备,防止滤水桶出现问题后,导致止浆垫 施工失败,对工期、资金带来重大损失。 [12]ꢀ 邹长文,郑明新. 昌栗高速公路 K48+040ꢁK53+582 段岩溶塌 陷稳定性评价[J]. 华东交通大学学报,2016,33(2):15-21. ( 7)打钻时,2 台转机要对称布置,保证钻机平 台平衡,同时可以分析 2 个钻孔内裂隙是否沟通,是 否为同一破碎带裂隙水。 [ 13]ꢀ 徐海清,陈ꢀ 亮,周少东,等. 城市地铁岩溶穿越区塌陷机理 及处治技术[J]. 科学技术与工程,2017,17(08):287-292. 14] ꢀ 中国建筑科学研究院. 50011—2010 ꢀ 建筑抗震设计规范 [S]. 北京:中国建筑工业出版社,2010. ( 8) 注浆时要密切注意井上与井下的沟通联 [ 系,在孔口管及地表注浆机出口处设置注浆压力表, 以确定注浆参数的准确性。 (收稿日期 2019-02-12ꢀ 责任编辑ꢀ 何ꢀ 伟) 4 ꢀ 应用效果 本次治水共施工 45 d,施工环形沟槽、滤水层、 止浆垫 7 d,养护止浆垫 8 d,打钻注浆共计 30 d,止 浆垫打钻 942 m,其中,工作面打钻深度为 750 m,马 头门方向打钻 192 m。 共注浆 244 t,水玻璃 2. 6 t。 3 打钻注浆结束后,中心检查孔出水小于 0. 5 m / h, 达到设计目标,且通过最终测水,井筒总涌水量为 3 6. 4 m / h,小于原有井筒总涌水量。 3 5 ꢀ 结ꢀ 语 治水工程实践表明,在井壁上开凿环形凹槽,以 人工制造岩帽施工止浆垫的方式,可以大大提高止 浆垫的抗压强度,增加与井壁的摩擦力,解决井筒工 作面在注浆时止浆垫上移的难题,通过后期井筒开 挖,注浆效果也达到了预期效果,裂隙充填密实,获 取了环形凹槽的参数,未出现再次涌水,该方法为同 类治水工程提供了经验。 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ 1]ꢀ 崔云龙. 简明建井工程手册[ M]. 北京: 煤炭工业出版社, 003. 2 [ [ 2]ꢀ 张永成. 注浆技术[M]. 北京:煤炭工业出版社,2012. 3]ꢀ 王裕仁. 河北钢铁集团矿业公司司家营南区主井区勘察报告 [ R]. 秦皇岛:秦皇岛天元五一五钻探工程有限公司,2008. ( 收稿日期 2018-12-27ꢀ 责任编辑ꢀ 何ꢀ 伟) ( 上接第 193 页) [ 6]ꢀ 吴亚楠. 泰安市城区—旧县水源地岩溶塌陷演化过程分析 J]. 中国岩溶,2017,36(1):94-100. [ [ 7]ꢀ 贺怀振,魏永耀,黄敬军. 基于模糊综合评判模型的徐州地铁 沿线岩溶塌陷稳定性评价[ J]. 中国地质灾害与防治学报, 2017,28(3):66-72. [ [ 8]ꢀ 郑智杰,敖文龙,曾ꢀ 洁,等. 综合物探法在柳州泗角村岩溶塌 陷区调查中的应用[J]. 水文地质工程地质,2017,44(5):143- 149. 9]ꢀ 武ꢀ 鑫,黄敬军,缪世贤. 基于层次分析-模糊综合评价法的徐 州市岩溶塌陷易发性评价[J]. 中国岩溶,2017(6):836-841. 2 03
  • 中矿传媒与您共建矿业文档分享平台下载改文章所需积分:  5
  • 现在注册会员立即赠送 10 积分


皖公网安备 34050402000107号