王永智， 寇明遙， 鄭建新， 王光寧

（1.西北礦冶研究院，甘肅 白銀 730900；2.金川集團股份有限公司，甘肅 金昌 737104）

0 礦區(qū)水文地質(zhì)

銅仁汞礦田位于銅鳳汞礦帶中段中部，在大興背斜東側(cè)，北西至F108斷裂，南東抵F21斷裂，橫跨北北東向延伸的區(qū)域相交線.出露地層為寒武系中、上統(tǒng).礦田內(nèi)，分布有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級褶皺，其中Ⅲ級褶皺廣為發(fā)育.按其展布方向可分為北西向、北北東向、北東向及南北向等4組褶皺.

銅仁汞礦亂巖塘礦床位于F24斷裂北盤之茶田——孫營腦Ⅱ級背斜北東翼上.礦床內(nèi)，地表出露地層主要為上寒武統(tǒng)比條組（∈3b），僅在圖幅東緣出露少量車夫組（∈3c）.鉆探工程揭露地層由老至新為∈2a2（上部）∈2a3、∈2a4、∈2a5、∈2h、∈2h1、∈2h2、∈2h3等.中寒武統(tǒng)敖溪組第5段（∈2a5）是礦床的含礦層.北西向褶皺構(gòu)造由南往北有茶田--孫營腦Ⅱ級背斜、Ⅲ級格皺有大坪背斜、亂巖塘背斜、亭子關(guān)背斜及相間的同級向斜.斷裂構(gòu)造發(fā)育，在礦床南緣有近東西向的Ⅰ級F24斷裂， Ⅰ級斷裂由北向南依次有 F108、F24、F21、F20等.其中尤以F24斷裂在礦田內(nèi)延伸最長、對礦田影響最大.Ⅱ級斷裂由南至北有 F101、F102、F104、F105、F107、F202等.它們呈北東、北東東向.F104、F105、F107斷裂橫穿亂巖塘礦床.F107是礦田規(guī)模最大、對亂巖塘礦床有影響的Ⅱ級 斷裂[1].F24阻水構(gòu)造水文地質(zhì)剖面見圖1.

圖1 F24阻水構(gòu)造水文地質(zhì)剖面圖

銅仁汞礦亂巖塘礦床為深埋地下的隱伏盲礦，其不僅低于當?shù)氐那治g基準面，而且由于F24斷層的切割結(jié)果，比白崖壁礦床低約200 m.區(qū)內(nèi)雖有地表水流通過，但鑒于上部含水層富水性弱，一般對礦床不存在威脅；“Ⅰ”級斷裂構(gòu)造多具隔水性和阻水性，對地表水體和上部含水層的溝通可能性不存在.其余斷裂構(gòu)造有一部分雖然具有一定的導(dǎo)水性，卻仍然是比較弱的（ZK3605，K=0.041 77 m/晝夜），說明與上部含水層有溝通.據(jù)此，亂巖塘礦床隸屬于巖溶裂隙充水礦床.

1 基建淹井事故

2006年5月29日，在進行主副井聯(lián)絡(luò)道施工時，距主井中心92 m處（圖2），進行鑿巖，在掏槽孔施工時，發(fā)現(xiàn)有2個孔出水，鑿巖深度1.8m，水頭有一定壓力，射程為30～40 cm，并用2.5 m的釬桿在輔助眼、周邊眼進行探水，均未發(fā)現(xiàn)異常.爆破停止，進行水量觀測.5月30日，發(fā)現(xiàn)水頭噴射射程不遠，表面水壓不大，并于5月30日17∶30分鐘礦山進行了爆破作業(yè).

爆破結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)爆破后的作業(yè)面大量出水，及時通知井下所有施工人員安全撤離，并開動井下所有抽水設(shè)備排水.

發(fā)生透水事故后，在確保人員安全的前提下，礦山立即進行了抽水自救工作，于5月30日18∶00分鐘全部開動中段水倉的4臺水泵，排水至主井六號水倉，水泵設(shè)計流量為180m3/h，由六號水倉直接排出地表.

但在排水過程中，發(fā)現(xiàn)流量為180 m3/h的排水量，不能及時排出所有的透水，中段巷道中隨著時間的延長，水面開始上漲.為了防止水面上升，漏電燒毀配電柜，經(jīng)研究決定：放棄中段排水設(shè)備，人員撤離，中段電源切斷.井筒水面上升320m，距離井口170m，井下的所有設(shè)備全部被淹沒.

根據(jù)透水情況，透水點距離F106斷層約35 m，其F106斷層次生裂隙發(fā)育強烈，各裂隙與F106斷層互相貫通.因此，預(yù)防斷層附近的次生裂隙及斷層是關(guān)系到開拓工程是否順利進行的關(guān)鍵，本次透水直接經(jīng)濟損失約360萬元[2].

2 基建期防治水方案

由于礦床礦體主要分布在F106斷層和F107斷層之間，且礦體跨越F106斷層，按照設(shè)計，穿越F106斷層的南1巷主巷及南4巷回風巷道，靠近F107斷層的各條施工巷道，都存在一定的水患[3].

圖2 透水時井下工程開拓系統(tǒng)圖

因此，在基建期首先查明巷道前方的水文地質(zhì)條件.利用TSP202超前工程水文地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)[4]，對巷道掌子頭前方的水文地質(zhì)情況進行勘查，準確掌握水文條件后，按照制定的防治水預(yù)案和設(shè)計，進行下一環(huán)節(jié)的施工.根據(jù)地質(zhì)預(yù)報情況，對開拓、采準巷道需要通過的斷層、破碎帶，可采用超前支護的方式進行施工；對于含水的斷層或破碎帶，進行涌水量測試，測試結(jié)果水量大于20m3/h的地段，原則上采用帷幕注漿技術(shù)[5]，通過該地段，切勿盲目施工.

對于TSP202系統(tǒng)暫無法掌握巷道前方地質(zhì)體的開拓巷道，原則上在鉆鑿掏槽孔的中心空眼時，采用5m長的釬桿進行探水作業(yè)，進行防治水作業(yè).

帷幕注漿是對巷道前方的不良地質(zhì)體，提前進行注漿，封堵地下水的過水通道、膠結(jié)破碎的圍巖，形成隔水層，防止巷道開挖到不良地質(zhì)體區(qū)域時，周邊地下水出現(xiàn)大量滲流，發(fā)生突水或影響巷道的施工，以達到堵水和加固圍巖的目的.帷幕注漿主要針對巷道穿過涌水、涌泥或塌方嚴重地段、富水圍巖段（如含水砂層）、地下水十分豐富的斷層破碎帶等時采用[6].

3 地質(zhì)預(yù)報

以淹井事故為教訓，邀請有關(guān)科研單位對礦山主要開拓巷道進行TSP202超前工程水文地質(zhì)預(yù)報，該預(yù)報是注漿堵水實施前，查明出水點部位及出水點前方巖層的巖性、構(gòu)造、裂隙的開度、規(guī)模及產(chǎn)狀、導(dǎo)水性和富水性等參數(shù)[7].礦山已有的地質(zhì)報告主要針對礦體儲量的探查而進行，雖然已查明了礦區(qū)內(nèi)一些大的斷裂構(gòu)造，但對于礦區(qū)下部局部的導(dǎo)水構(gòu)造而言，其勘探孔布設(shè)的網(wǎng)度尚不能滿足井下治水要求.為此，注漿堵水作業(yè)面需采用超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng).

TSP202地質(zhì)超前預(yù)報系統(tǒng)是目前精度較高的一種，由4大部分組成，分別是人工震源、傳感器單元、記錄單元和分析單元.一次探測的距離為150～200 m，本工程采用這種物探形式，其預(yù)報系統(tǒng)見圖3.

圖3 TSP202地質(zhì)超前預(yù)報系統(tǒng)原理圖

通過對南1巷進行TSP202超前工程水文地質(zhì)預(yù)報，發(fā)現(xiàn)在開拓巷道南1巷前方30m處有不明地質(zhì)體，與F106斷層相距5m左右，表明該不良地質(zhì)體就是F106斷層.采用同樣的方法，對靠近F106斷層方向的巷道進行了探測，并準確推斷不良地質(zhì)體的位置，如圖4所示.

圖4 TSP202預(yù)報不良地質(zhì)體圖

4 帷幕注漿

4.1 止?jié){巖盤確定

根據(jù)工程地質(zhì)條件，開拓巷道圍巖主要為十分穩(wěn)定的白云巖，不存在明顯的軟弱層，平均抗壓強度32.4MPa，利用其巖石的結(jié)構(gòu)完整性，圍巖預(yù)留3m厚止?jié){巖盤，這樣既可以節(jié)省鉆孔的深度，減少工程量，同時，利用巖體自身的強度，減少澆筑人工止?jié){墻[8]，安全經(jīng)濟.

4.2 注漿管安裝

先采用YQ70F型淺孔鉆機，鑿巖3.0 m深，將2.8 m長Φ60的無縫鋼管利用鉆機插入，外留20～30 cm，管壁與孔口接觸處用快速錨桿水泥卷填塞.

4.3 注漿鉆孔施工

為了合理布孔，先在作業(yè)面按照設(shè)計，進行作業(yè)面鉆孔定位，并按設(shè)計鉆孔的方位角調(diào)整鉆機，固定并進行鑿巖.鑿巖時，注意巖石的變化，裂隙發(fā)育情況、出現(xiàn)涌水位置，并進行涌水量和涌水壓力的測試[9].當單孔出水量小于30 L/min，可繼續(xù)施鉆；否則，立即停止鑿巖，進行注漿[10].

其鉆孔布置如圖5所示.

圖5 注漿鉆孔布置圖

4.4 注漿漿液的制備

按照設(shè)計要求，將525#水泥和水玻璃漿液[11]按照設(shè)計的配比，利用攪拌機均勻攪拌，攪拌后的漿液利用1mm×lmm網(wǎng)篩過濾，確保漿液均勻.

4.5 注水試驗

注漿管路全部連接好后，對系統(tǒng)進行帶壓注水，檢查注漿管路的密封性；同時沖冼巖石之間的堵塞物，擴大漿液通路，增加漿液沖塞的密實性[12]，其系統(tǒng)連接見圖6.

圖6 注漿系統(tǒng)布置圖

注漿壓力的大小，根據(jù)鑿注漿孔時，測得的靜水壓、裂隙大小、漿液的性能及擴散距離、止?jié){巖盤的抗壓等參數(shù)確定.注漿壓力高，漿液的滲透性能好，堵水和加固的范圍大；但過高時，會造成漿液的返流等[13].因此，注漿壓力按靜水壓的1.5～2倍計算.

根據(jù)2007年4月25日，南1巷水壓測試，該水壓為3.6 MPa[14]，初步判斷與發(fā)生透水時的靜壓力相同，證明其F106斷層的次生裂隙是相互貫通的.為此，設(shè)計注漿壓力為5.4～7.2 MPa.

4.6 漿液量計算

漿液注入量根據(jù)破碎帶段巷道的斷面、漿液的擴散半徑、巖層裂隙率、結(jié)石率、注漿損耗等參數(shù)計算確定，按下述公式計算[15]：

其中：L為富水段 （或裂隙破碎帶）沿巷道輪廓的弧長，m；D為漿液擴散距離的平均值，m；h為受注段的厚度，m；η為巖層裂隙率；β為漿液的結(jié)石率；K為注漿損耗系數(shù)，取1.1.

4.7 注漿方式

由于本次鉆孔過程中未遇見泥夾層，僅為涌水，設(shè)計采用全孔一次壓入式注漿.當注漿壓力達到設(shè)計終壓，雙液漿吸漿量小于10 L/min，穩(wěn)定3 min，檢查孔涌水量小于0.2 L/min.即可結(jié)束.

5 巷道施工

2007年4月3日～5月28日，對已探明的南1巷進行帷幕注漿施工，此地段靜水壓力為3.6 MPa，采用水泥525#、水玻璃和外加化學劑進行注漿，注漿壓力平均為6 MPa，其中單孔注漿量為1～4 t漿液[16]，注漿結(jié)束后，7 d后進行光面爆破開挖，揭露斷層厚度約2.56 m，漏水率為5%以下，注漿成果.

同樣對南1回風巷、南4、6主巷進行了帷幕注漿.

6 結(jié) 論

通過對銅仁汞礦基建期井下開拓系統(tǒng)采用帷幕注漿技術(shù)，順利通過富水斷層F106的實踐，其經(jīng)驗值得同類礦山系統(tǒng)借鑒.

1）帷幕注漿從技術(shù)和施工方面來看，十分成熟，對控制地下水災(zāi)有著十分重要的意義；

2）通過采用帷幕注漿技術(shù)，從防治水方面，技術(shù)上是可行的，僅需要從經(jīng)濟方面進行比較；

3）對現(xiàn)已開采的礦山，因涌水量等引起的安全隱患，是完全可控和消除的.

4）帷幕注漿技術(shù)對涌水量較大的礦山，能有效降低企業(yè)防排水成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益.

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