地面預(yù)注漿工藝在田興鐵礦主井區(qū)的應(yīng)用

何瑞峰 李萬濤 呂 斌

(河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司田興鐵礦)

地面預(yù)注漿工藝在田興鐵礦主井區(qū)的應(yīng)用

何瑞峰 李萬濤 呂 斌

(河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司田興鐵礦)

針對田興鐵礦主井區(qū)掘進過程中地質(zhì)結(jié)構(gòu)破碎、涌水較大的問題，為有效治理涌水，加快施工進度，在施工過程中增加了地表預(yù)注漿工藝，采用了人字形鉆孔技術(shù)。結(jié)果表明：該工藝有效治理了成井段的井壁淋水，有助于解決未施工段的涌水問題，消除安全隱患，加快施工進度。

地表預(yù)注漿工藝 人字形鉆孔 治理涌水 施工進度

田興鐵礦位于河北省唐山市灤縣響嘡鎮(zhèn)境內(nèi)，屬大型鞍山式沉積礦床，礦體被厚約100～120 m的第四系含水層覆蓋，裂隙較發(fā)育，涌水現(xiàn)象頻發(fā)。該礦設(shè)計年生產(chǎn)能力2 000萬t，采用主井、副井、輔助斜坡道的開拓方式。3條主井集中布置于主井區(qū)，設(shè)計深度690 m，設(shè)計凈寬5.6 m，3條主井施工至第四系段采用冷凍鑿井法，基巖段采用普通鑿井法，在施工過程中多次采用工作面預(yù)注漿工藝封堵涌水，但效果不明顯，施工中多次出現(xiàn)突水事故，掘井施工存在較大安全隱患，工程進展緩慢。為此，采用地表預(yù)注漿工藝治理突水安全隱患，以期加快井筒掘進施工進度。

1 礦區(qū)概況

1.1 氣象條件

礦區(qū)氣候?qū)倥瘻貛О霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明：春季少雨多風(fēng)沙；夏季多東南風(fēng)，炎熱多雨；秋季晝暖夜涼；冬季多西北風(fēng)，干燥寒冷。區(qū)內(nèi)年平均氣溫10.5 ℃，1月份最冷，最低溫度-23.1 ℃，7月份最熱，最高氣溫39.9 ℃。區(qū)內(nèi)年平均降水量610.5 mm(1984～2003年)，平均水面蒸發(fā)量1 110.9 mm。每年凍土期一般在11月下旬至次年3月下旬，標準凍結(jié)深度0.80 m。水量年際變化大，最大降水量817.9 mm(1998年)，最小降水量352.5 mm(2002年)；降水量年內(nèi)分配極不均勻，6—8月份的降水量占全年降水量的70.4%。

1.2 水文條件

區(qū)內(nèi)河流基本由北向南注入渤海。由于受地形地貌的嚴格控制，各河流流量及水位變化懸殊。礦區(qū)附近河流均屬灤河水系，主要有灤河、新河、溯河等。

1.3 地質(zhì)條件

根據(jù)主井地質(zhì)探孔揭露，礦區(qū)內(nèi)自上而下主要巖土層分布：上部為第四系全新統(tǒng)(Q4)洪沖積成因的粉土、圓礫；中部為上更新統(tǒng)(Q3)洪沖積成因的粉土、卵石；下部為中更新統(tǒng)(Q2)洪沖積及殘積成因的中砂、圓礫、黏土、粉質(zhì)黏土；底部為太古界單塔子群白廟子組(Arb)混合花崗巖、偉晶巖、混合巖化黑云變粒巖、綠泥石化黑云變粒巖。井筒檢查鉆孔位于司馬長復(fù)式向斜構(gòu)造帶東南側(cè)，基巖構(gòu)造形態(tài)表現(xiàn)為褶皺為主、斷裂屬次的特征。施工的3個勘察鉆孔未發(fā)現(xiàn)大的斷裂構(gòu)造，鉆孔揭露巖體的主要構(gòu)造結(jié)構(gòu)面為節(jié)理裂隙密集帶和破碎帶，其規(guī)模較小或中等，多屬壓扭性構(gòu)造。

主井施工至第四系和強風(fēng)化帶時采用凍結(jié)法施工，1#、2#、3#主井凍結(jié)深度分別為290，290，210 m，凍結(jié)段以下基巖段采用普通法施工。1#、2#、3#主井井筒基巖段構(gòu)造裂隙含水層預(yù)測涌水量為864.2 m3/h。

2 工藝設(shè)計

2.1 注漿深度

3條主井設(shè)計深度均為690 m，1#主井施工至372 m，2#主井施工至482 m，3#主井施工至545 m。增加地面預(yù)注漿工藝治理涌水需考慮治理已施工完成的井筒淋水和封堵未施工段的涌水。根據(jù)實際施工情況，將注漿工程分為已施工成井段注漿和未施工預(yù)注漿段注漿2類。1#主井：290～372 m為成井注漿段，372～680 m為預(yù)注漿段；2#主井：290～482 m 為成井注漿段，482～680 m為預(yù)注漿段；3#主井：210～545 m為成井注漿段，545～680 m為預(yù)注漿段。

2.2 注漿圈徑

根據(jù)井筒凈直徑(5.6 m)及注漿段井壁支護厚度(600 mm)，確定預(yù)注漿段注漿圈徑為9 m，成井段考慮減小漿液對井筒工程的擠壓，防止出現(xiàn)井筒變形，注漿圈徑確定為15～18 m。

2.3 注漿孔布置

地面布置8個鉆孔(圖1)，每個鉆孔再施工1個人字形分支孔，其中1#主井布置5個注漿孔，2#主井布置6個注漿孔，3#主井布置5個注漿孔。鉆孔采取定向鉆進工藝，施工人字形分支孔到達注漿圈進行注漿，注漿孔剖面見圖2。

圖1 注漿孔平面布置

2.4 注漿材料

注漿材料選黏土、水泥、水玻璃。黏土要求含砂量小于5%，塑性指數(shù)大于10；水泥用PO42.5普通硅酸鹽水泥；水玻璃濃度為38～42 Be。

2.5 注漿量

3個井筒注漿量計算結(jié)果見表1。

2.6 注漿壓力

2.6.1 注漿終壓及終量

注漿壓力在注漿過程中受漿液參數(shù)、注漿泵量、巖層裂隙特性等因素的影響，在施工過程中應(yīng)根據(jù)

圖2 注漿孔剖面

表1 井筒注漿量

實際情況進行必要的調(diào)整。注漿終壓依據(jù)巖石性質(zhì)、水文特征及區(qū)內(nèi)經(jīng)驗值設(shè)計，本研究預(yù)注漿段黏土水泥漿綜合注漿終壓取2.0～4.0倍靜水壓，成井注漿段壓力根據(jù)注漿施工實際情況調(diào)整。注漿終量不大于250 L/min，穩(wěn)定時間不小于20 min。

2.6.2 注漿段高劃分

1#～3#主井注漿段高劃分結(jié)果見表2。

表2 1#～3#主井注漿段高劃分

3 工藝施工

3.1 成井段保護措施

在成井注漿段的注漿過程中壓力逐步增大時可能對井筒(及相鄰井筒)已施工完成的井壁造成破壞，同時漿液會竄至井筒內(nèi)造成很大浪費，為此，注漿施工前對1#、2#、3#井筒進行回填保護，在第1組分支孔造孔完畢后，采用中細砂對3個井筒回填至井深285m，回填完畢后在回填砂層上部制作6 m 厚的簡易止?jié){墊。

3.2 注漿工藝流程

1#、2#、3#主井井筒注漿工藝流程見圖3。

3.3 注漿結(jié)束標準

各注漿段須達到設(shè)計終壓、終量、穩(wěn)定時間等要求，漿液注入量達到設(shè)計值的95%以上。

4 結(jié) 語

為有效排除田興鐵礦主井區(qū)掘進過程中出現(xiàn)的突水淹井安全隱患，采用地表預(yù)注漿工藝治理井筒涌水，成效顯著，可為類似礦山提供參考。

[1] 焦永富，陳 超，常龍新.金屬礦山地表預(yù)注漿漿液的分析與研究[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(5)：98-100.

[2] 張彥芬，陳 超，王曉濤.大賈莊鐵礦1#進風(fēng)井地表預(yù)注漿技術(shù)研究[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(4)：176-178.

圖3 注漿工藝流程

2015-08-11)

何瑞峰(1986—)男，助理工程師，063700 河北省唐山市灤縣響嘡鎮(zhèn)。