馬曉博

【摘要】邯鄲縣金源鐵礦頂?shù)装逯苯舆M(jìn)水的水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦床，在礦山副井掘進(jìn)過程中在井筒荒面井壁上密集沿井筒縱向以外插的方式鑿眼打孔，孔內(nèi)安裝超前小導(dǎo)管，采用水泥漿與雙液漿注漿封堵地下水，并結(jié)合小導(dǎo)管形成錨固作用進(jìn)行提前堵水和支護(hù)，然后硬質(zhì)巖層采取爆破方式下掘，軟巖層采取人工風(fēng)鎬挖掘的方式進(jìn)行掘進(jìn)，采用現(xiàn)澆雙層鋼筋混凝土支護(hù)，順利通過破碎段。

【關(guān)鍵詞】大水礦山；豎井掘支；注漿

一、工程概況

邯鄲縣金源鐵礦礦區(qū)位于河北省邯鄲市西15km，隸屬邯鄲市所轄，為邯鄲縣和武安市交界處，屬丘陵半丘陵地區(qū)，地勢(shì)西高東低。礦區(qū)處于奧陶系的灰?guī)r巖溶裂隙水文地質(zhì)區(qū)內(nèi)，為相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，中奧陶統(tǒng)灰?guī)r含水層礦區(qū)的主要含水層，其呈帶狀展布，南北長(zhǎng)約25000m，東西寬約6500m左右，以溶隙為主，溶孔次之，總厚584m，含豐富的裂隙巖溶潛水。礦體計(jì)劃開采最低邊界標(biāo)高在-175m，而該地區(qū)地下水位標(biāo)高在114m～122m間，礦床常年埋于潛水面以下106m～114m，屬頂?shù)装逯苯舆M(jìn)水的水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦床。

礦山副井井徑為Φ5.5m，地表開口標(biāo)高為+267m，設(shè)計(jì)深度475m，井底標(biāo)高-208m，采用工作面預(yù)注漿方式進(jìn)行堵水。在進(jìn)行-129m～-159m（段高30m）的工作面預(yù)注漿工作時(shí)，通過探孔注漿發(fā)現(xiàn)，-129m工作面以下2m～15m（-131m～-144m）段，巖石為變質(zhì)灰?guī)r：呈灰白色，結(jié)晶結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，巖石極破碎，巖溶裂隙發(fā)育，存在大小不一小型溶洞，溶洞中半充填方解石，半充填泥巖；整段裂隙較發(fā)育，溝通性好，涌水量較大；其中，-132m～-139.5m巖石破碎，出水為乳白色；-139.5m～-140.5m巖石呈灰黑色；-140.5m～-144m為溶洞，出水量大，水中有泥沙、帶10-30mm的石塊。從工作面預(yù)注漿后的檢查孔鉆探情況可知，此段地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)條件差，有較大范圍的軟弱巖層，并且軟弱巖層厚度大，出水量大，在井筒掘支過程中有可能發(fā)生井壁垮塌、突水淹井等安全事故。

為順利通過（-132m～-146m）巖石破碎段，防止出現(xiàn)安全事故，加快施工進(jìn)度，在施工過程中，針對(duì)-129m～-147m段（段高18m，超過破碎帶深度2m），采用超前小導(dǎo)管探注掘砌施工工藝進(jìn)行超前支護(hù)施工。

二、超前小導(dǎo)管探注掘砌施工工藝介紹

超前小導(dǎo)管探注掘砌施工工藝就是在掘進(jìn)爆破前，在井筒荒面井壁上密集沿井筒縱向以外插的方式鑿眼打孔，孔內(nèi)安裝超前小導(dǎo)管；超前小導(dǎo)管全部安裝好后，采用水泥漿與雙液漿注漿封堵，利用雙液漿進(jìn)行堵水，同時(shí)結(jié)合小導(dǎo)管形成錨固作用，最終對(duì)掘進(jìn)段形成超前探水與注漿保護(hù)作用，保證施工安全。采用超前小導(dǎo)管注漿工藝進(jìn)行井筒掘支作業(yè)，工藝可分為超前小導(dǎo)管注漿施工與井筒掘支兩個(gè)階段。

2.1 超前小導(dǎo)管注漿施工

超前小導(dǎo)管注漿施工內(nèi)容主要包括封閉工作面、鉆孔、安設(shè)小導(dǎo)管、注漿、效果檢驗(yàn)等工序。其施工工藝流程見下圖：

小導(dǎo)管施工工藝

本次在礦山副井掘支施工過程中，設(shè)計(jì)小導(dǎo)管總長(zhǎng)度6.1米，注漿段長(zhǎng)度4.7米，有效注漿堵水深度4米，為了減少巖石裸露時(shí)間，采用小模板支護(hù)方式掘進(jìn)1米、支護(hù)1米的短掘短砌施工方法；實(shí)現(xiàn)超前探水、探注結(jié)合綜合治水施工。

2.1.1小導(dǎo)管制作

小導(dǎo)管采用魚鱗管內(nèi)套用DN25無縫鋼管加工成的花管，以便注漿。小導(dǎo)管前端加工成錐形，以便插打，并防止?jié){液前沖。中間部位鉆Ф8mm溢漿孔，呈梅花形布置（防止注漿出現(xiàn)死角），間距15cm，尾部1.3m范圍內(nèi)不鉆孔以防漏漿，末端加工螺紋，用于上高壓球閥。小導(dǎo)管加工成形見下圖：

注漿花管示意圖

2.1.2小導(dǎo)管安裝

在井底以上約0.3米（-128.7m）井壁部位起及以下每三米處，按向間距環(huán)30㎝一圈，采用YT-28型鑿巖機(jī)，4m鉆桿，Φ42mm鉆頭的打孔，孔向外傾角5°，鉆探過程中出現(xiàn)涌水和泥漿時(shí)，要及時(shí)安裝準(zhǔn)備好的小導(dǎo)管，小導(dǎo)管用水麻纏繞，井壁用Φ36mm圓鋼打入進(jìn)行加固，以防涌水壓力過大將注漿管頂出。小導(dǎo)管布置圖見下圖：

2.1.3 注漿堵水

注漿漿液以單液漿為主，涌水壓力比較大時(shí)，采用適當(dāng)?shù)碾p液漿封堵，單液漿-雙液漿的配比按照由稀-稠的順序進(jìn)行（1.0：1.5～1.0：1.0），注意周邊圍巖的變化。在初期注漿壓力條件下，吸漿量為吸水量的80%，可視為正常，否則，可稀釋一級(jí)。當(dāng)連續(xù)注入30分鐘壓力不變，可調(diào)濃一級(jí)。當(dāng)壓力緩慢上升，吸漿量逐漸減少為正常，一直到終止，在漿液濃度不超過1：1時(shí)，吸漿量不大于35升/分，穩(wěn)定20分鐘即可結(jié)束注漿。

注漿時(shí)應(yīng)注意對(duì)注漿壓力的控制，出現(xiàn)跑漿、漏漿的情況及時(shí)處理，采用雙液漿時(shí)避免堵管現(xiàn)象的發(fā)生，終孔壓力控制在2.2～2.5MPa，注漿全部結(jié)束后，水泥漿液凝固保養(yǎng)一段時(shí)間，進(jìn)行掘進(jìn)施工。

2.2井筒掘支

2.2.1 掘進(jìn)爆破

在超前小導(dǎo)管注漿護(hù)壁的條件下，根據(jù)不同巖層條件采用不同的井筒掘進(jìn)方式。硬質(zhì)巖層采取爆破方式下掘，爆破總體要求多打眼、少裝藥、淺眼松動(dòng)爆破方式，且采用分段爆破方式下掘施工，方法采用光面爆破技術(shù)（視巖石情況一個(gè)斷面可分次爆破），光爆層炮眼間距不超過400mm，光爆層抵抗線不超過600mm，光爆層裝藥密度限制在最小限度以減少對(duì)圍巖的破壞。每次施工時(shí)，鑿眼爆破的深度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖石情況而定，一茬炮的進(jìn)尺最大不超過2m。

鑿巖機(jī)具采用12臺(tái)YT-28型鑿巖機(jī)，直徑為38mm“一”字型合金鉆頭，鉆桿選用φ22中空六角鋼釬桿，長(zhǎng)度1～2.5m。每次8臺(tái)鑿巖機(jī)同時(shí)作業(yè)，4臺(tái)備用。

采用楔形掏槽，光面爆破，按照光面爆破的要求確定炮眼的參數(shù)。炮眼呈同心圓布置，圈間距一般為0.5～1.5m；掏槽眼深2.5m，圈徑1.5m，呈圓錐形布置，傾角為800；輔助眼眼深2.3m，傾角為900，眼間距一般為0.7～1.0m；周邊眼深2.0m，傾角為900，距井幫設(shè)計(jì)位置約為0.1m，眼間距0.4m。選用1～11段毫秒延期非電導(dǎo)爆管起爆。炸藥選用2#巖石水膠炸藥。規(guī)格為每卷φ32×350mm（重量：0.40kg/卷），連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，反向起爆，起爆電源為500A，在地表距井口50m以外設(shè)置起爆器聯(lián)接，經(jīng)井筒懸吊的放炮電纜進(jìn)行起爆。

爆破原始條件表

序號(hào) 名 稱 單位 參數(shù) 備注

2 凈斷面 m2 23.76 ￠=5.5

3 掘進(jìn)斷面 m2 33.18 ￠=6.5

4 巖石硬度系數(shù) f 8

5 鑿巖設(shè)備 臺(tái) 12 YT-28

6 炸藥品種 kg 0.4kg/卷 2#巖石水膠炸藥

7 雷管種類 發(fā) 1—11段

爆破參數(shù)表

眼

號(hào) 圈

徑

（m） 炮眼

數(shù)目（個(gè)） 炮眼角度

（度） 炮眼深度（m） 炮眼位置 裝藥量（kg） 起 爆

順 序 聯(lián)線

方式

單個(gè)炮眼 小 計(jì) 眼距

（m） 圈距

（m） 單個(gè)

炮眼 每圈

炮眼

1～6 1.5 6 80 2.5 15 0.75 0.75 2 12 Ⅰ 并聯(lián)

7～14 2.5 8 90 2.3 18.4 0.805 0.50 2.0 16 Ⅱ 并聯(lián)

15～30 3.5 16 90 2.0 32 0.687 0.50 1.2 19.2 ⅢG 并聯(lián)

30～48 5.1 18 90 2.0 36 0.89 0.75 1.2 21.6 Ⅳ 并聯(lián)

48～98 6.3 50 90 2.0 100 0.396 0.60 0.4 20 Ⅴ 并聯(lián)

合計(jì) 98 194.6 88.8

軟巖層-131m～-144m段原則上采取人工風(fēng)鎬挖掘，必要時(shí)可少量裝藥放炮處理。

井筒內(nèi)采用HZ-6中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)裝碴，裝巖能力為40～50 m?/h ， 主提吊桶為2m3，座鉤翻矸。

2.3、支護(hù)：

針對(duì)于特別破碎段，采用現(xiàn)澆雙層鋼筋混凝土支護(hù)，橫筋HRB335Ф20@200、豎筋HRB335Ф16@200、拉筋HPB235Ф8@600，支護(hù)厚度500㎜。采用1米高小模板支模，支模時(shí)根據(jù)垂線中心立模，并檢查模板安置的正確性。用半圓儀或其他儀器，其誤差不得大于±20mm，模板外緣到井中心的距離不得小于設(shè)計(jì)規(guī)定。同一圈模板應(yīng)保持水平，其誤差不得大于±50mm。用裝載機(jī)上料，PLD800配料機(jī)配料（生產(chǎn)能力達(dá)50 m?/h），TS600攪拌機(jī)進(jìn)行集中攪拌，砼用1.6m3底卸式吊桶下料，采用機(jī)械振搗，每層厚度不得超過400mm。

3、作業(yè)循環(huán)方式

作業(yè)循環(huán)方式：采用一超前小導(dǎo)管探注、三掘、三砌的循環(huán)作業(yè)方式，掘支護(hù)段高為1m。主要工作循環(huán)如下：

1、交接班及準(zhǔn)備—打眼進(jìn)行超前小導(dǎo)管探注—清底

2、打炮眼—鑿巖—裝藥聯(lián)線—放炮—通風(fēng)—安全檢查—出碴找平—鋼筋綁扎—支模—搭平臺(tái)—澆筑砼—封口。澆砼結(jié)束，出碴、清底，準(zhǔn)備掘進(jìn)施工。

成井三模后進(jìn)行第一步超前小導(dǎo)管探注。

三、結(jié)論

通過采用超前小導(dǎo)管探注掘砌施工工藝，邯鄲縣金源鐵礦礦山副井-129m～-159m段掘支過程中未發(fā)生井壁垮塌、突水淹井等安全事故，采用小導(dǎo)管對(duì)井壁的提前錨固支護(hù)，保證了井筒掘支過程快速，平穩(wěn)。總體來說，在水文地質(zhì)條件復(fù)雜礦山豎井掘支過程中，通過采用超前小導(dǎo)管探注掘砌施工工藝，可以在進(jìn)行工作面預(yù)注漿的基礎(chǔ)之上進(jìn)一步加強(qiáng)地下水的防治，并且利用小導(dǎo)管起到的錨固作用，對(duì)井壁進(jìn)行掘進(jìn)前預(yù)支護(hù)，保證施工安全，減少豎井掘支過程中發(fā)生突水淹井的可能。