井巷突水環(huán)境分級(jí)治理在田興礦山的探索與應(yīng)用

王 磊，張琳琳

（1.河北鋼鐵集團(tuán)礦山設(shè)計(jì)有限公司，河北 唐山 063000；2.河北唐山康德工程咨詢有限公司，河北 唐山 063000）

1 項(xiàng)目背景

司家營(yíng)田興礦隸屬河鋼集團(tuán)礦業(yè)公司，屬大水礦床礦山，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。依據(jù)裂隙成因及其發(fā)育程度和埋藏條件之不同，可將基巖含水巖系劃分為古風(fēng)化殼裂隙含水帶與深部構(gòu)造裂隙含水帶兩部分。其主要特征見表1。

表1 基巖含水帶主要特征表

井下涌水補(bǔ)給來源豐富，補(bǔ)給來源見圖1。在井下開拓工程對(duì)基巖的揭露時(shí)，經(jīng)常突發(fā)涌水，對(duì)井下人員、設(shè)備造成了嚴(yán)重威脅，嚴(yán)重地影響和制約著工程建設(shè)施工進(jìn)度。對(duì)工作面涌水實(shí)施分級(jí)后施工止?jié){墻注漿治理涌水是一種簡(jiǎn)單有效的施工方法。

2 實(shí)施分級(jí)

在井下巷道涌水的治理中，根據(jù)圍巖及突水狀況一般采用布置止?jié){墻后工作面注漿的施工工藝，但現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，需先完成對(duì)井下突發(fā)涌水的工作面附近的現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，獲取相關(guān)有效信息，包括有突發(fā)涌水量的測(cè)算、涌水靜水壓力的初步估算、突水位置周邊的圍巖性質(zhì)等，然后依據(jù)井下突發(fā)涌水狀況對(duì)突水環(huán)境分級(jí)，快速制定合理的方案。

2.1 突水環(huán)境分級(jí)

根據(jù)田興礦井巷突水的止?jié){墻注漿施工經(jīng)驗(yàn)，綜合井巷突水點(diǎn)的涌水量、靜水壓力和突水工作面的圍巖性質(zhì)，對(duì)井巷突水環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，將突水點(diǎn)環(huán)境分為三級(jí)：一級(jí)突水點(diǎn)環(huán)境，涌水量大于200m3/h；二級(jí)突水點(diǎn)環(huán)境，突水點(diǎn)涌水量大于80m3/h，且小于200m3/h，出水點(diǎn)3-6個(gè)；突水工作面圍巖不穩(wěn)固，巖石破碎；三級(jí)突水點(diǎn)環(huán)境，突水點(diǎn)涌水量大于20m3/h，且小于80m3/h,出水點(diǎn)1-3個(gè)；突水工作面圍巖不穩(wěn)固。

2.2 突水環(huán)境分級(jí)下的止?jié){墻布設(shè)方案

田興礦根據(jù)突水環(huán)境分級(jí)確定相應(yīng)的止?jié){墻注漿施工方案作為應(yīng)急預(yù)案，以用于及時(shí)相應(yīng)井巷掘砌施工中發(fā)生的突水事件。具體施工方案參數(shù)見下表2。

表2 突水環(huán)境分級(jí)下的施工方案參數(shù)表

（1）一級(jí)突水點(diǎn)環(huán)境下止?jié){墻施注漿施工采用止?jié){墻嗣后繞道措施巷至工作面注漿施工方案，止?jié){墻與突水工作面的距離L可根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

L=[(V-200)/50]＊7.5m+31m

式中：V為突水點(diǎn)涌水量；

當(dāng)涌水量大于200m3/h，突水點(diǎn)涌水量每增加50m3/h，止?jié){墻則在原布置位置后退7.5m進(jìn)行設(shè)置。

（2）二級(jí)突水點(diǎn)環(huán)境下止?jié){墻施注漿施工采用止?jié){墻壁后注漿施工方案，止?jié){墻與突水工作面的距離L可根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

當(dāng)80m3/h＜V＜100m3時(shí)，止?jié){墻與突水工作面的距離L可根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:L=[(V-80)/10]＊0.2m+0.6m

當(dāng)100m3/h＜V＜200 m3時(shí)，止?jié){墻與突水工作面的距離L可根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:L=[(V-100)/10]＊3m+1m

當(dāng)80m3/h＜V＜100m3時(shí)，突水點(diǎn)涌水量每增加10m3/h，止?jié){墻則在原布置位置后退0.2m進(jìn)行設(shè)置。

當(dāng)100m3/h＜V＜200m3時(shí)，突水點(diǎn)涌水量每增加10m3/h，止?jié){墻則在原布置位置后退3m進(jìn)行設(shè)置。

三級(jí)突水點(diǎn)環(huán)境下止?jié){墻施注漿施工采用止?jié){巖柱加固作為止?jié){墻，其后進(jìn)行注漿施工方案。

2.3 突水環(huán)境分級(jí)下止?jié){墻注漿封堵涌水

（1）1級(jí)突水環(huán)境下止?jié){墻嗣后施工措施巷至工作面注漿。施工止?jié){墻嗣后施工措施巷至工作面注漿施工適用于涌水量巨大的突水事件處治。因其涌水量巨大，流水的沖擊使得在突水面附近巷道無法布置止?jié){墻，需要遠(yuǎn)離突水工作面一定距離下，選取較為穩(wěn)固的巷道位置設(shè)置止?jié){墻，才能降低涌水對(duì)止?jié){墻沖擊，確保止?jié){墻的澆筑質(zhì)量。

圖1 某施工措施巷至工作面注漿

止?jié){墻采用現(xiàn)澆C30混凝土，其厚度及強(qiáng)度由下列公式進(jìn)行驗(yàn)算確定：B=P·S·λ/([τ]·L）

其中：B—止?jié){墻厚度，m；P—注漿終壓；[τ]—混凝土允許抗剪強(qiáng)度；S—墻斷面積；λ—過載系數(shù)，取1.1～1.2；L—巷道周長(zhǎng)。

根據(jù)驗(yàn)算，混凝土止?jié){墻厚度一般取3m～5m，強(qiáng)度C30可以滿足封水、注漿要求。

（2）2級(jí)突水環(huán)境下井巷突水中的止?jié){墻壁后注漿施工。井巷突水中的止?jié){墻注漿施工適用于在圍巖性質(zhì)差、涌水量較大、出水點(diǎn)多的突水工作面；其次，因涌水量較大，對(duì)井下臨時(shí)排水系統(tǒng)造成很大負(fù)荷，需要及時(shí)堵住涌水。該種情況下，在突水面附近選擇圍巖較為穩(wěn)固的位置，支模澆筑混凝土止?jié){墻，先堵住涌水，待止?jié){墻穩(wěn)固后再進(jìn)行壁后注漿。

（3）3級(jí)突水環(huán)境下井巷突水中的止?jié){巖柱注漿施工。井巷突水中的止?jié){巖柱注漿施工適用于在圍巖性質(zhì)較好、涌水量較少、出水點(diǎn)不多的突水工作面。在突水工作面進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)的前提下，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工條件，且因涌水量較小，對(duì)井下臨時(shí)排水影響不大。因此，可進(jìn)行淺孔注漿加固預(yù)留一定厚的巖柱作為止?jié){墻，待巖柱止?jié){墻達(dá)到加固強(qiáng)度后再進(jìn)行壁后注漿。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件，工作面兩側(cè)及頂部巖石較為完整，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)留存的4m厚巖柱加固后，進(jìn)行打孔注漿封堵工作面涌水。

3 達(dá)到的效果

井巷突水環(huán)境分級(jí)確定止?jié){墻注漿施工方案的方法有效避免了大水礦山井巷施工時(shí)投資浪費(fèi)及淹井事故的發(fā)生，為同類大水礦山建設(shè)提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。