殷登才 孫茂貴 張 清 潘寶正

（安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)姑山礦業(yè)有限公司）

白象山鐵礦礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜，下部黃馬青組雜色粉細(xì)砂巖為礦體間接頂板，富水性強(qiáng)，為礦坑主要充水巖層，礦層屬于中等富水含水層，兩者在天然狀態(tài)下為統(tǒng)一的地下水體，具有統(tǒng)一的地下水位，存在一定水力聯(lián)系。礦區(qū)內(nèi)有F1～F10共10條主要斷裂，其中F4～F7為成礦后張性斷裂，為陡傾斷層，富水性強(qiáng)，且與下部的強(qiáng)含水層導(dǎo)通，對(duì)礦山基建和開(kāi)采威脅大。綜合考慮礦區(qū)水文地質(zhì)條件、礦坑的排水能力、防治水工程的性?xún)r(jià)比及可操作性等因素，礦山確定的總體防治水方案是以疏為主、堵避為輔。

礦山基建及生產(chǎn)前期曾發(fā)生多次突水事故，在治理過(guò)程中由于出水量大、水壓高等因素，治理過(guò)程十分困難。通過(guò)利用疏干孔從突水點(diǎn)側(cè)向泄壓來(lái)減小工作面出水壓力，可以大大降低治理難度。在生產(chǎn)前期，多個(gè)盤(pán)區(qū)因富水性強(qiáng)需要疏干的原因無(wú)法立即回采，常規(guī)疏干所需時(shí)間較長(zhǎng)，礦山經(jīng)常出現(xiàn)備采礦量不足的情況。通過(guò)在盤(pán)區(qū)來(lái)水方向施工疏干孔截?cái)啾P(pán)區(qū)來(lái)水通道，用超前截流的方式來(lái)解放盤(pán)區(qū)礦量是一種十分有效的方法［1-5］。

1 疏干孔作為泄壓孔

1.1 泄壓孔作用原理

疏干孔是使用鉆機(jī)在需要疏干的含水層中鉆進(jìn)的放水孔，它在井下疏干中是必不可少的，主要是使含水層內(nèi)的水流出，達(dá)到降低水位的目的。根據(jù)流體的運(yùn)動(dòng)特性，水流總是會(huì)沿著阻力最小的方向運(yùn)動(dòng)。通過(guò)這一原理，在高承壓巷道突水治理中，可在突水裂隙源頭處通過(guò)鉆進(jìn)疏干孔對(duì)其水量進(jìn)行分流，之后在工作面封堵治理中，水流可通過(guò)疏干孔無(wú)阻力流出，這樣就可形成對(duì)工作面的泄壓處理，這一類(lèi)型的疏干孔可統(tǒng)一稱(chēng)作泄壓孔。

白象山鐵礦工作水平最深達(dá)500 m，突水時(shí)地下水壓力較高，利用疏干孔溝通出水源點(diǎn)作為泄壓孔，可以減小突水治理時(shí)的施工難度，提高治理過(guò)程中的安全系數(shù)及治理效果。

1.2 工程應(yīng)用

1.2.1 工程概述

-470 m中段二盤(pán)區(qū)230#進(jìn)路底板標(biāo)高為-452.2 m，巷道參數(shù)為6 m×3.5 m的三心五分之一拱，該巷道位于磁鐵礦內(nèi)部，為采礦巷道。該巷道掘進(jìn)鑿巖時(shí)，在距離2-1聯(lián)巷14 m處的工作面爆破后存在出水裂隙，裂隙自左側(cè)掌子面頂部斜向下延伸至掌子面中心位置，裂隙掌子面出露寬度約為30 mm，內(nèi)部寬度約400 mm，掌子面向前1.5 m左右有一平行于掌子面的節(jié)理面，掌子面左側(cè)巖性破碎，裂隙較發(fā)育（圖1）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量出水量約為35 m3/h，水壓約為2.0 MPa，在裂隙出露位置上方約500 mm處施工探水孔，在1.5 m左右出水，出水量約為8 m3/h。

1.2.2 施工難度

裂隙寬約為30 mm，出水量大約為35 m3/h，水壓較大（2 MPa），注漿難度較大。掌子面巖體裂隙較發(fā)育，導(dǎo)水裂隙多，巖性破碎，注漿時(shí)容易溝通其他裂隙，使得整個(gè)掌子面四處出水且容易發(fā)生跑漿。掌子面前方1.5 m處有一平行于掌子面的節(jié)理面，當(dāng)帶壓注漿時(shí)，節(jié)理巖體容易垮塌。

1.2.3 施工方案

在掌子面右側(cè)尋找水源，用風(fēng)鉆打7個(gè)泄壓孔（圖1（a）），減小導(dǎo)水裂隙出水量和壓力，使用直徑為32 mm的止?jié){塞，以利于測(cè)壓及最后注漿。在相鄰的228#進(jìn)路對(duì)230#進(jìn)路導(dǎo)水裂隙方向施工直徑為75 mm的放水注漿孔，最終鉆孔出水落點(diǎn)要高于巷道頂部3 m以上（圖2）。當(dāng)泄水孔施工完畢之后，在228#進(jìn)路泄水泄壓，從而對(duì)230#掌子面出水裂隙進(jìn)行處理，除去用于泄水的2個(gè)直徑為32 mm的止?jié){塞外，其他的裂隙都要用水泥漿液（較大裂隙用水泥袋或鋸末等材料）進(jìn)行封堵，直至掌子面無(wú)散水涌出，對(duì)掌子面進(jìn)行噴漿，厚度為400 mm。從228#施工的鉆孔處直接對(duì)230#巷道頂部水源處注漿，同時(shí)觀察230#掌子面有無(wú)漏漿情況。當(dāng)出現(xiàn)漏漿時(shí)，及時(shí)換成雙液漿。注漿壓力要達(dá)到6～8 MPa。注漿完成后，對(duì)230#掌子面施工直徑為42 mm、長(zhǎng)度為5 m的探孔，如果探孔出水，下止?jié){塞封堵，直至檢查孔無(wú)水為止。

1.2.4 施工效果

泄壓孔施工完成后，總計(jì)泄出水量約43 m3/h，230#掌子面1、3、6、7孔總計(jì)出水減少30 m3/h，2、4、5孔測(cè)壓壓力減小為零，如表1～表2所示。

應(yīng)用泄壓孔泄壓注漿的方式，解決了-470 m中段二盤(pán)區(qū)230#巷道大裂隙突水的問(wèn)題，為今后白象山鐵礦遇到此類(lèi)問(wèn)題提供了經(jīng)驗(yàn)，更為高承壓、節(jié)理裂隙發(fā)育巷道的突水治理提供了一種新方法。

2 疏干孔作為截流孔的應(yīng)用

2.1 截流孔應(yīng)用原理

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截流是針對(duì)地下礦坑（盤(pán)區(qū)）的主要充水通道有計(jì)劃、有目的地切斷地下水的水源通道，以達(dá)到減少或消除礦體內(nèi)部水量的目的，截流孔即為在礦體截流工程中施工的疏干放水孔。其主要原理是查清盤(pán)區(qū)主要來(lái)水方向和通道后，在礦體（盤(pán)區(qū)）來(lái)水源頭方向垂直于水源方向施工一條疏干截流巷道，在巷道內(nèi)部沿來(lái)水一側(cè)對(duì)著裂隙方向施工一排或多排截流孔，使得水流能夠通過(guò)孔內(nèi)流出而減少或消除向采區(qū)的流水量，達(dá)到保護(hù)采區(qū)的目的。

對(duì)于富水量較大的盤(pán)區(qū)，利用疏干孔在盤(pán)區(qū)來(lái)水方向采用截流方式疏干，具有明確的針對(duì)性，且針對(duì)局部盤(pán)區(qū)的截流疏干相對(duì)于中段疏干而言，疏干強(qiáng)度比較小，疏干時(shí)間比較短，礦山排水壓力小。

2.2 工程應(yīng)用

2.2.1 工程概述

白象山鐵礦-470 m六盤(pán)區(qū)位于礦區(qū)西部，從19線(xiàn)一直向南開(kāi)采自15線(xiàn)，采區(qū)自開(kāi)采以來(lái)散水較大，最大達(dá)到200 m3/h。目前六盤(pán)區(qū)開(kāi)采標(biāo)高為-457 m，采用預(yù)控頂上向進(jìn)路充填法，采區(qū)巷道頂板淋水較大，最大為15 m3/h，最小約為0.5 m3/h，總涌水量約130 m3/h。巷道散水過(guò)大給施工及安全帶來(lái)了很大問(wèn)題。

2.2.2 施工方案

（1）查水源、通道。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提交資料，白象山鐵礦東北部為隔水邊界，西南部為透水邊界，西南礦體內(nèi)部地下水補(bǔ)給是自西南而來(lái)；根據(jù)白象山鐵礦基建及生產(chǎn)期間探孔資料大數(shù)據(jù)分析得知，巷道向南掘進(jìn)中遇水概率超過(guò)80%；再根據(jù)六盤(pán)區(qū)掘進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，巷道只要向南掘進(jìn)遇水疏干后，北部散水點(diǎn)一段時(shí)間后就會(huì)減小。因此，判斷六盤(pán)區(qū)地下水來(lái)源為自南向北補(bǔ)給。該區(qū)域裂隙發(fā)育自南向北、由上而下，傾角約為87°。

（2）截流方案。選擇該采區(qū)最南段鑿巖聯(lián)巷作為專(zhuān)門(mén)截流巷道，在來(lái)水方向施工扇形截流孔，截?cái)嗟叵滤飨虿蓤?chǎng)（圖3），截流孔深度不超過(guò)50 m，仰角一般為5°～10°，最終落點(diǎn)超過(guò)該盤(pán)區(qū)開(kāi)采頂板標(biāo)高2 m即可。

2.2.3 施工效果

2017年5月共設(shè)計(jì)施工7個(gè)孔，其中有5個(gè)孔截流出水（表3），總截流量為121 m3/h。施工完成10 d后，-457 m分層鑿巖聯(lián)巷散水量由原來(lái)的35 m3/h降至零（圖4），礦房頂板散水均逐步減少至無(wú)。施工15 d后，采場(chǎng)內(nèi)除截流孔內(nèi)出水外，整個(gè)采場(chǎng)巷道內(nèi)散水量小于1 m3/h，截流效果達(dá)100%。

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利用疏干孔作為截流孔從地下水源頭截流疏干，阻斷地下水通往采區(qū)方向的通道，解決了-470 m六盤(pán)區(qū)因礦房散水過(guò)大而產(chǎn)生的采礦強(qiáng)度低、施工作業(yè)難、安全效果差的問(wèn)題，同時(shí)為盤(pán)區(qū)疏干提供了一種新的方法。

3 結(jié)語(yǔ)

在白象山鐵礦生產(chǎn)防治水技術(shù)中，疏干孔在不同的防治水方案中可起到泄壓孔和截流孔的作用。泄壓孔在高承壓水下巷道突水治理中起到減流、泄壓的作用，可有效減小注漿壓力差，提高注漿堵水效果，減小高壓出水治理難度；截流孔可應(yīng)用在盤(pán)區(qū)或者礦區(qū)局部疏干截流方案中，起到阻斷地下水通道、疏干地下水儲(chǔ)量的作用。相比傳統(tǒng)的礦床疏干設(shè)計(jì)而言，具有針對(duì)性強(qiáng)、影響范圍小、施工周期短的特點(diǎn)。