大賈莊鐵礦井筒泥質(zhì)破碎斷層的施工技術(shù)

賁 勇 程中平 榮 輝 任曙光 張秋霞 李志鵬

(河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司)

大賈莊鐵礦井筒泥質(zhì)破碎斷層的施工技術(shù)

賁 勇 程中平 榮 輝 任曙光 張秋霞 李志鵬

(河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司)

大賈莊鐵礦風井在井筒掘砌過程中多次穿過斷層破碎帶，不但巖石松散破碎，夾泥嚴重，且含水豐富，雖經(jīng)過地表預注漿但在掘進過程中單孔出水量仍然達到60 m3/h，工作面預注漿造孔困難，塌孔、卡鉆嚴重，注漿困難(升壓快、注漿量小)，復孔后原出水位置水量不降反升。為此，大賈莊鐵礦采取“高壓力、小段高”和“反復注漿，反復掃孔復注”法，既經(jīng)濟合理又安全可靠地通過泥質(zhì)破碎斷層，井筒最終驗收水量小于6 m3/h，達到規(guī)范和設計要求。

預注漿 斷層破碎帶 井筒施工

1 工程概況

大賈莊鐵礦進風井設計井筒凈直徑6.5 m，井深499.49 m。根據(jù)水文地質(zhì)條件，掘井方案采用上部凍結(jié)法施工，深部基巖段采用地表預注漿后再行掘井；凍結(jié)孔深246 m，地表預注漿起止深度220～510 m。該工程由中國華冶科工集團負責承建，地表預注漿和凍結(jié)工程施工后，于2013年2月1日開始掘井，當施工至-355 m時見水，涌水量8 m3/h，裂隙較發(fā)育，由東向西傾斜，傾角約60°。當井筒施工至-386 m時，涌水量增大至30～40 m3/h，無法正常施工，-384 m見水時裂隙由東向西傾斜，傾角約65°。隨著井筒的逐漸延伸，裂隙傾角發(fā)生變化，最終達到垂直狀態(tài)，且裂隙發(fā)育，巖石破碎。地質(zhì)報告顯示-380～-407 m主要為黑云變粒巖，深灰色，細粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，泥質(zhì)及鈣質(zhì)充填。此段為含水層，通過打鉆，發(fā)現(xiàn)含水層深度有所增加。

考慮斷層破碎帶夾泥埋藏厚度大，為了保證工程質(zhì)量和安全，井筒停止掘砌，制定了止?jié){墊工作面預注漿施工方案，并在井底澆筑混凝土止?jié){墊(厚度4 m)進行工作面預注漿，但是注漿過程中出現(xiàn)了下列問題：①在井筒西側(cè)約30 m位置打鉆時，出現(xiàn)嚴重的夾鉆現(xiàn)象，據(jù)統(tǒng)計( 1#、補1#、2#、3#、8#、9#、加3#、加4#等孔)每鉆進1 m約需2～3 h，且鉆孔時有綠泥石絮狀物溢出，并伴有黏土等泥質(zhì)物，鉆進困難，進度緩慢；②涌水量較大的鉆孔吃漿量較小，盡管采用了高壓稀漿及超細水泥漿，吃漿量仍然較??；③各孔單次注漿完成后，在掃孔時仍有出水；④個別鉆孔在注漿后，掃孔至同層位時涌水量反而增大；⑤按照工勘報告，第三條破碎帶位于井深397.4～423.7 m，但從掘井揭露的圍巖情況看，自井深390 m 以下即進入了破碎帶。從工作面鉆孔情況看，通過對5#孔及9#孔掃孔加深至47 m時，雖然水量明顯減小，但仍在破碎帶中。由此推斷該斷層厚度至少52 m,即井深390～442 m。

2 施工中存在的問題分析

為了解決上述問題，找出影響注漿質(zhì)量和進度的主要因素，該礦采取了ABC管理法對各道工序質(zhì)量進行考量。經(jīng)過現(xiàn)場跟蹤調(diào)研和對施工過程的全面檢查，施工中存在的問題見表1。

表1 施工中存在的問題發(fā)生頻數(shù)及頻率

根據(jù)表1可以看出，影響質(zhì)量和進度的主要因素是注漿連續(xù)性及耐久性、注漿設備等原因，次要原因是加固孔口管質(zhì)量和鉆孔質(zhì)量，一般原因是漿液配比濃度和注漿材料質(zhì)量。

3 改進措施

(1)注漿方式。因目前斷層含有泥質(zhì)、鈣質(zhì)和綠泥石，而工作面前期注漿時泵壓和流量均偏小，注漿連續(xù)性和耐久性差，且設備故障頻發(fā)，造成注漿效果不明顯。為此，在地表采用高壓力、大流量注漿泵，沿井壁敷設高壓管路至井底進行工作面注漿。

(2)布孔方式及注漿段高。加強固管質(zhì)量管理，做好試壓工作；對現(xiàn)有注漿孔重新掃孔補注或加密，確保注漿深度穿過斷層；建議注漿分段高度采用10 m小段高；適當加大鉆孔角度，向外側(cè)傾斜。

(3)注漿材料。優(yōu)先選用普通水泥，并根據(jù)吃漿情況合理選用超細水泥，仍達不到注漿效果時，再考慮采用化學漿液和其他注漿材料。

(4)注漿時須注意的問題：①注漿前要優(yōu)先對止?jié){墊下部和壁后進行注漿加固，適當增大工作面注漿壓力，加強對井壁觀測，發(fā)現(xiàn)異常情況及時停止注漿；②各孔在注漿前要適當增大清水沖孔壓力和流量，必要時增加引導孔，充分暢通注漿通道，改善注漿效果，并保證工作面應有的排水能力。

(5)采用短掘方式通過斷層破碎帶，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，對注漿和掘井方式、參數(shù)進行合理的優(yōu)化和管理。

4 注漿效果

工作面預注漿施工結(jié)束后進行井筒短段掘砌工作。在掘砌過程中發(fā)現(xiàn)該段全部處在斷層破碎帶中，漿液在注漿壓力的作用下已經(jīng)進入泥沙原始充填物中，形成了不規(guī)則樹枝狀充填體且夾泥大部分已被擠實脫水，荒斷面存在潮濕現(xiàn)象，但是無明顯出水點，壓密脫水后的破碎帶夾泥地層堅硬密實，雖采用鉆爆法施工未發(fā)生片幫塌方現(xiàn)象。

5 結(jié) 語

大賈莊鐵礦通過嚴密的施工組織和管理，最終順利通過斷層破碎帶夾泥斷層，井筒施工完成后，全段井筒涌水量小于6 m3/h，達到規(guī)范要求且節(jié)省了工期和大量資金投入，為其他在建礦山的豎井、巷道及硐室工程快速通過特殊破碎地層提供了參考，值得推廣。

[1] 編委會.簡明建井工程手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2003.

[2] 翁家杰.井巷特殊法施工[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1991.

[3] 北京建井研究所.立井井筒施工技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1999.

2015-04-09)

賁 勇(1985—)，男，科長助理，助理工程師，063701 河北省唐山市灤縣。