疏干孔在白象山鐵礦防治水技術中的應用

殷登才 孫茂貴 張 清 潘寶正

（安徽馬鋼礦業(yè)資源集團姑山礦業(yè)有限公司）

白象山鐵礦礦床水文地質(zhì)條件復雜，下部黃馬青組雜色粉細砂巖為礦體間接頂板，富水性強，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，且與下部的強含水層導通，對礦山基建和開采威脅大。綜合考慮礦區(qū)水文地質(zhì)條件、礦坑的排水能力、防治水工程的性價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，在治理過程中由于出水量大、水壓高等因素，治理過程十分困難。通過利用疏干孔從突水點側向泄壓來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，多個盤區(qū)因富水性強需要疏干的原因無法立即回采，常規(guī)疏干所需時間較長，礦山經(jīng)常出現(xiàn)備采礦量不足的情況。通過在盤區(qū)來水方向施工疏干孔截斷盤區(qū)來水通道，用超前截流的方式來解放盤區(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

疏干孔是使用鉆機在需要疏干的含水層中鉆進的放水孔，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，達到降低水位的目的。根據(jù)流體的運動特性，水流總是會沿著阻力最小的方向運動。通過這一原理，在高承壓巷道突水治理中，可在突水裂隙源頭處通過鉆進疏干孔對其水量進行分流，之后在工作面封堵治理中，水流可通過疏干孔無阻力流出，這樣就可形成對工作面的泄壓處理，這一類型的疏干孔可統(tǒng)一稱作泄壓孔。

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

1.2 工程應用

1.2.1 工程概述

-470 m中段二盤區(qū)230#進路底板標高為-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。該巷道掘進鑿巖時，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，掌子面左側巖性破碎，裂隙較發(fā)育（圖1）。根據(jù)現(xiàn)場測量出水量約為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，導水裂隙多，巖性破碎，注漿時容易溝通其他裂隙，使得整個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，當帶壓注漿時，節(jié)理巖體容易垮塌。

1.2.3 施工方案

在掌子面右側尋找水源，用風鉆打7個泄壓孔（圖1（a）），減小導水裂隙出水量和壓力，使用直徑為32 mm的止?jié){塞，以利于測壓及最后注漿。在相鄰的228#進路對230#進路導水裂隙方向施工直徑為75 mm的放水注漿孔，最終鉆孔出水落點要高于巷道頂部3 m以上（圖2）。當泄水孔施工完畢之后，在228#進路泄水泄壓，從而對230#掌子面出水裂隙進行處理，除去用于泄水的2個直徑為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）進行封堵，直至掌子面無散水涌出，對掌子面進行噴漿，厚度為400 mm。從228#施工的鉆孔處直接對230#巷道頂部水源處注漿，同時觀察230#掌子面有無漏漿情況。當出現(xiàn)漏漿時，及時換成雙液漿。注漿壓力要達到6～8 MPa。注漿完成后，對230#掌子面施工直徑為42 mm、長度為5 m的探孔，如果探孔出水，下止?jié){塞封堵，直至檢查孔無水為止。

1.2.4 施工效果

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

應用泄壓孔泄壓注漿的方式，解決了-470 m中段二盤區(qū)230#巷道大裂隙突水的問題，為今后白象山鐵礦遇到此類問題提供了經(jīng)驗，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用

2.1 截流孔應用原理

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截流是針對地下礦坑（盤區(qū)）的主要充水通道有計劃、有目的地切斷地下水的水源通道，以達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區(qū)主要來水方向和通道后，在礦體（盤區(qū)）來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)部沿來水一側對著裂隙方向施工一排或多排截流孔，使得水流能夠通過孔內(nèi)流出而減少或消除向采區(qū)的流水量，達到保護采區(qū)的目的。

對于富水量較大的盤區(qū)，利用疏干孔在盤區(qū)來水方向采用截流方式疏干，具有明確的針對性，且針對局部盤區(qū)的截流疏干相對于中段疏干而言，疏干強度比較小，疏干時間比較短，礦山排水壓力小。

2.2 工程應用

2.2.1 工程概述

白象山鐵礦-470 m六盤區(qū)位于礦區(qū)西部，從19線一直向南開采自15線，采區(qū)自開采以來散水較大，最大達到200 m3/h。目前六盤區(qū)開采標高為-457 m，采用預控頂上向進路充填法，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。巷道散水過大給施工及安全帶來了很大問題。

2.2.2 施工方案

（1）查水源、通道。根據(jù)地質(zhì)報告提交資料，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)部地下水補給是自西南而來；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，巷道向南掘進中遇水概率超過80%；再根據(jù)六盤區(qū)掘進經(jīng)驗，巷道只要向南掘進遇水疏干后，北部散水點一段時間后就會減小。因此，判斷六盤區(qū)地下水來源為自南向北補給。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)巷作為專門截流巷道，在來水方向施工扇形截流孔，截斷地下水流向采場（圖3），截流孔深度不超過50 m，仰角一般為5°～10°，最終落點超過該盤區(qū)開采頂板標高2 m即可。

2.2.3 施工效果

2017年5月共設計施工7個孔，其中有5個孔截流出水（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)巷散水量由原來的35 m3/h降至零（圖4），礦房頂板散水均逐步減少至無。施工15 d后，采場內(nèi)除截流孔內(nèi)出水外，整個采場巷道內(nèi)散水量小于1 m3/h，截流效果達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六盤區(qū)因礦房散水過大而產(chǎn)生的采礦強度低、施工作業(yè)難、安全效果差的問題，同時為盤區(qū)疏干提供了一種新的方法。

3 結語

在白象山鐵礦生產(chǎn)防治水技術中，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；截流孔可應用在盤區(qū)或者礦區(qū)局部疏干截流方案中，起到阻斷地下水通道、疏干地下水儲量的作用。相比傳統(tǒng)的礦床疏干設計而言，具有針對性強、影響范圍小、施工周期短的特點。