溜破系統(tǒng)地表預(yù)注漿工程在鐵礦井建中的應(yīng)用

李志鵬 賁 勇 楊福軍 程中平

(河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司)

溜破系統(tǒng)地表預(yù)注漿工程在鐵礦井建中的應(yīng)用

李志鵬 賁 勇 楊福軍 程中平

(河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司)

大賈莊鐵礦溜破系統(tǒng)施工范圍內(nèi)水文地質(zhì)情況極為復(fù)雜，需采用工作面預(yù)注漿措施，但施工極為困難。對(duì)此，通過(guò)對(duì)溜破系統(tǒng)地表預(yù)注漿施工方案進(jìn)行詳細(xì)討論并對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行計(jì)算，分析了溜破系統(tǒng)地表預(yù)注漿工程在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)方面的可行性。

溜破系統(tǒng) 地表預(yù)注漿 施工方案

大賈莊鐵礦隸屬司家營(yíng)鐵礦南區(qū)，位于河北省灤縣南部與北部交接處，西距唐鋼集團(tuán)55.0 km，東距灤河約2.5 km，北距灤縣新城約13.5 km，遷曹鐵路的菱角山站位于南區(qū)西北方向約8.5 km處，平青樂(lè)公路從礦區(qū)東北部通過(guò)，交通運(yùn)輸十分便利。根據(jù)相關(guān)的地質(zhì)勘查報(bào)告，大賈莊鐵礦溜破系統(tǒng)的溜井、破碎硐室、礦倉(cāng)等開挖施工時(shí)將受到地下水的影響。因此，在溜破系統(tǒng)開挖前擬采用地表預(yù)注漿(地面預(yù)注漿)的方式對(duì)基巖含水層進(jìn)行治理。

1 溜破系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

溜破系統(tǒng)區(qū)域包括上部溜井和上部礦倉(cāng)、破碎硐室、下部礦倉(cāng)，注漿治理區(qū)域深度為-383.238～-615 m，邊界坐標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 溜井中心及破碎硐室邊界坐標(biāo)

按照工程勘查報(bào)告，擬建場(chǎng)地地面標(biāo)高為15～18 m，為了方便設(shè)計(jì)，選取地面標(biāo)高為17 m。因此治理區(qū)域深度為400～632 m，下述的各類鉆孔深度、注漿深度均以此為計(jì)算依據(jù)。

2 施工方案

2.1 總體方案

工程要求的注漿區(qū)域高度為-383～-615 m的溜井和上部礦倉(cāng)、破碎硐室、下部礦倉(cāng)等3個(gè)部位，相較于常規(guī)的井筒地表預(yù)注漿而言，該注漿工程的受注巖體平面范圍較大，是一個(gè)立體的注漿空間區(qū)域，凈空間范圍為30 m×14 m×232 m。為此，設(shè)計(jì)3類注漿孔以滿足施工要求，該3類孔相互補(bǔ)充，共同形成上部溜井井筒帷幕、硐室群帷幕、頂?shù)装寮跋虏康V倉(cāng)帷幕。

2.2 注漿孔造孔施工方案

2.2.1 溜井和上部礦倉(cāng)注漿孔

溜井和上部礦倉(cāng)周圍均布設(shè)6個(gè)注漿直孔(如圖1中的L1～L6所示，記為Ⅰ類孔)，布孔圈徑為10 m，相鄰孔間距為5 m，注漿深度為375～577 m。注漿孔作用有：①起到溜井和上部礦倉(cāng)防治水的作用；②兼為破碎硐室西側(cè)帷幕孔，在破碎硐室西側(cè)邊界形成帷幕。

圖1 注漿孔布孔示意

2.2.2 破碎硐室四周帷幕注漿孔

沿破碎硐室開挖邊界的另外三側(cè)布設(shè)帷幕注漿孔(如圖1中的D1～D12所示，記為Ⅱ類孔)，注漿深度為524～577 m。注漿孔可在破碎硐室的另外三側(cè)形成防水帷幕，阻斷地下水側(cè)向水力聯(lián)系，封堵地下水橫向補(bǔ)給。

2.2.3 破碎硐室頂?shù)装搴拖虏康V倉(cāng)注漿孔

沿破碎硐室內(nèi)部布置4個(gè)注漿孔(如圖2中F1～F4所示)，注漿深度為524～642 m；下部礦倉(cāng)周圍布置6個(gè)注漿直孔(如圖2中的X1～X6所示)，布孔圈徑為10 m，相鄰孔間距為5 m，注漿深度為524～642 m。注漿孔作用在于：①對(duì)破碎硐室頂?shù)装暹M(jìn)行注漿處理，封堵地下水的豎向補(bǔ)給；②兼作下部礦倉(cāng)和皮帶給礦硐室的輔助孔，對(duì)下部礦倉(cāng)和皮帶給礦硐室進(jìn)行注漿。Ⅲ類注漿孔共10個(gè)，設(shè)計(jì)5個(gè)直孔(F1、F3、X1、X3、X5)，5個(gè)分叉孔。該5個(gè)孔完成鉆孔和注漿施工后，分別從375 m開始向F4、F2、X2、X4、X6進(jìn)行分叉孔施工，在524 m水平上達(dá)到設(shè)計(jì)落點(diǎn)，然后直孔施工至642 m水平。

圖2 下部礦倉(cāng)注漿孔布孔示意

3 注漿參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 注漿起止深度

小麥赭曲霉毒素A的ELISA與標(biāo)準(zhǔn)值線性關(guān)系見(jiàn)圖2。以標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值作為橫坐標(biāo)，ELISA的檢測(cè)結(jié)果（實(shí)測(cè)值）為縱坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值為0～61.34μg/kg時(shí)，線性回歸方程為y=1.100 9x-0.471 6，相關(guān)系數(shù) R=0.999 9。

①Ⅰ類孔屬于井筒帷幕注漿孔，注漿深度為375～577 m，注漿總段長(zhǎng)202 m;②Ⅱ類孔屬硐室四周帷幕孔，注漿深度為524～577 m，注漿總段長(zhǎng)53 m;③Ⅲ類孔兼做頂?shù)装遄{和下部礦倉(cāng)注漿孔，注漿深度為524～642 m，注漿總段長(zhǎng)118 m。

3.2 注漿液選擇與材料

(1)單液水泥漿。該類漿液適用情形：①固管；②Ⅰ類注漿孔的卸礦硐室以上25 m；③Ⅱ類注漿孔破碎硐室以上25 m；④Ⅲ類注漿孔皮帶給礦硐室以上25 m；⑤不穩(wěn)定地層、破碎帶等特殊地層。

(2)黏土水泥漿。該類漿液適用情形：基巖注漿段；破碎地層增加注漿量。

(3)特種漿液。特殊地層的異常施工須采用特種漿液。

3.3 溜井與上部礦倉(cāng)井筒漿液注入量

對(duì)于Ⅰ類注漿孔，根據(jù)漿液沿井筒半徑有效徑向擴(kuò)散距離與注漿段平均裂隙率，采用下式計(jì)算

(1)

據(jù)式(1)，-375 m卸礦硐室以上25 m單液水泥漿注入量為1 186 m3；-475 m卸礦硐室以上25 m 單液水泥漿注入量為1 186 m3；溜井和上部礦倉(cāng)基巖黏土水泥漿注入量為9 002 m3；另有6個(gè)溜井和上部礦倉(cāng)注漿孔固管所需單液水泥漿注入量為60 m3。

3.4 破碎硐室四周帷幕與頂?shù)装鍧{液注入量

破碎硐室可以看作是對(duì)開挖水平邊界范圍內(nèi)、深度為524～577 m的巖體進(jìn)行整體堵水加固，頂板以上25 m為單液水泥漿，作用為：①用以對(duì)溜破硐室頂板進(jìn)行堵水加固，防止下部注漿時(shí)漿液上竄；②形成帷幕對(duì)溜破硐室中心和底板進(jìn)行堵水加固。該部分漿液注入量可采用下式計(jì)算

Q=AVηβ/m,

(2)

式中，V為受注巖體體積，m3。

由于溜井注漿孔已經(jīng)完成了部分受注巖體的注漿，為了便于計(jì)算，根據(jù)控制點(diǎn)坐標(biāo)，將硐室開挖水平邊界折算為長(zhǎng)31 m、寬15 m的矩形。根據(jù)漿液擴(kuò)散距離、鉆孔布設(shè)和爆破影響距離、堵水要求等，取開挖邊界外有效帷幕厚度為8.0 m，則受注巖體體積為75 850 m3。據(jù)式(2)，單液水泥漿注入量為3 460 m3；黏土水泥漿注入量為3 633 m3；另有17個(gè)注漿孔需要固管，固管單液水泥漿注入量為 170 m3。

3.5 下部礦倉(cāng)和皮帶硐室注漿量

下部礦倉(cāng)和皮帶硐室看作是對(duì)開挖水平邊界范圍內(nèi)深度為577～642 m的巖體進(jìn)行整體堵水加固，皮帶硐室頂板以上25 m為單液水泥漿，該部分漿液注入量也可采用式(2)進(jìn)行計(jì)算。為了方便計(jì)算，根據(jù)布孔位置，將下部礦倉(cāng)和皮帶硐室開挖水平邊界折算為長(zhǎng)17.5 m、寬9 m的矩形。根據(jù)漿液擴(kuò)散距離、鉆孔布設(shè)和爆破影響距離、堵水要求等，取開挖邊界外有效帷幕厚度為8.0 m，則受注巖體體積為54 437.5 m3。據(jù)式(2)，皮帶硐室頂板以上25 m為單液水泥漿注入量為1 989 m3，黏土水泥漿注入量為2 984 m3。

4 結(jié) 語(yǔ)

分別對(duì)大賈莊鐵礦溜破系統(tǒng)地表預(yù)注漿工程總體設(shè)計(jì)方案和注漿參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)討論，經(jīng)測(cè)算，該工程設(shè)計(jì)施工共需投資2 200萬(wàn)元，工程完成之后，可創(chuàng)效3 000萬(wàn)元以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2015-01-15)

李志鵬(1987—)，男，工程師，063700 河北省唐山市灤縣。