广西大新锰矿胶带斜井水文地质灾害及防治

2012-12-31黄玉生刘文安

中国锰业 2012年4期

黄玉生，莫强，刘文安

(1.广西锡山矿业有限公司，广西南宁 530022；2.中信大锰矿业有限责任公司大新分公司，广西大新 532315)

1 胶带斜井水文地质灾害

1.1 斜井井筒工程地质条件

胶带斜井是该矿井的主井，安装皮带运输机，担负年产60万t矿石运输任务。斜井总斜长850 m，坡度 11(°)，净断面 15 m2。揭露的岩层倾角 65(°)～80(°)，走向 210(°)～250(°)，与方位为 227(°)的井筒小角度相交。井筒穿过的围岩特征见表1。

表1 井筒围岩分级表

1.2 斜井井筒水文地质条件

井筒揭露围岩为硅质灰岩，近地表段岩层风化强烈，裂隙发育，但位置高于本区地下水水位，主要是受雨季降雨渗入影响。在288～527 m间巷道顶部经钻孔发现存在2个较大的3号、5号钻孔溶洞，2个溶洞相对应的地面原本是1条溪流，但现在其上建设有厂房。天然状态下，有地下水排泄带穿越厂房底部流向地下河入口，如图1所示。该区域地段为地下水径流区，溶洞较为发育，井筒在该地段穿越时将会受到地下水威胁。实际施工也证实在该地段矿井涌水较多，涌水量较大，溶洞塌方等地质灾害严重，已经多次严重地影响矿井施工安全及矿井安全。

图1 井上下对照平面

1.3 井筒水害特征

当井筒掘进至550 m，观察可见井筒主要涌水段在280～530 m之间。其间发生2次水灾害，第1次是在2009年10月21日，井筒掘进至330 m时，在井筒左上帮揭露岩溶通道，通道直径0.5 m，瞬间突水量很大，约250 m3/h(正常时涌水量60 m3/h)，并携带约750 m3的溶洞充填物溃入井筒中，造成淹井。第2次是在2011年9月2日，掘进至498 m时，揭露直径0.5 m溶洞裂隙，涌水量100 m3/h，虽然突水没有造成淹井，但对井筒施工影响很大。2次揭露的较大涌水位置都是在岩溶发育地段，第1次突水、突泥是受3号钻孔溶洞段影响，在3号岩溶段范围；第2次在5号岩溶段范围，见表2。井筒80%的涌水都是在3号～5号溶洞影响范围内，此地段裂隙相对发育，裂隙涌水范围大、点多面广。

表2 矿井水文地质灾害统计

1.4 井筒岩溶发育特征

不同地域、不同的矿床岩溶发育有很大差异，但岩溶发育主要受区内岩石的物质基础、构造条件、水化学特征、水的循环交替强弱作用等影响，造就了一定的区域内岩溶在垂向上沿层位和平面上强弱相间、分布不均一的发育规律[1]。

井筒所处地段浅部发育地下水径流带，该区域岩层倾角约80(°)近直立岩层，井筒方向与岩层走向呈约10(°)小角度斜交状，井筒顶、底板围岩呈近直立状，大多为薄层灰岩。井筒裂隙沿层面发育，以顶板淋水、底板渗水形态出现。3号、5号溶洞相对应地段裂隙发育、涌水量增大。3号溶洞相对应的巷道左帮顶部揭露直径约0.5 m2的岩溶通道，涌水量60 m3/h，并携带出约750 m3的溶洞充填物溃入矿井，造成矿井被淹。当井筒掘进至465 m时揭露1条直径约0.5 m的岩溶通道，通道漏水量100 m3/h，这实际上是5号溶洞往深部延伸的1条通道。3号、5号溶洞在深部不同位置与该区域的同一地下水径流带相互联通，属同一地下水径流系统。地表水、大气降雨不断从地表汇入3号、5号溶洞，通过3号、5号溶洞源源不断补充给径流带，随着旱季、雨季地下水位起伏波动、水的循环强弱交替作用，径流带上溶洞不断溶化扩大，充填物越积越多，在地下水波动部位及浅部溶洞更容易发育，充填物更多，所以3号溶洞携带出大量充填物。从井下裂隙、溶洞发育方向沿层面自东南往西北，都明显体现沿层面发育的特点。

随往深部延伸，溶洞发育相对减弱，特别是远离3号、5号溶洞后，井筒水害会大幅度减少。表现为：

1)由于初始裂隙宽度不同，造成岩溶发育强烈分异，导致地下贮存和运动空间不匀程度高，矿坑充水呈现集中、突然形式；

2)突水点和涌水量集中的充水方式，使岩溶充水矿床的巷道中时常可出现有些地段、区域完全干燥无水，而邻近可能存在1个很大的蓄水溶洞或导水断层、岩溶地下水径流带等，一旦揭露，或采场地下应力场发生改变时(滞后突水)，就会造成突然性的冲溃事故。

1.5 井筒地质灾害情况

1)3号溶洞揭露，大量溶洞充填物溃入矿井，造成矿井被淹，更为严重的是引起了地面厂房大面积下沉，威胁厂房安全。地面厂房开裂变形、沉陷，如图2所示。

图2 厂房基础开裂下沉

2)矿井涌水量猛增，威胁施工安全，影响施工进度。

3)矿井排水费用增加，增加成本。

2 井筒地质灾害治理

2.1 地质灾害治理方案

根据井筒地质灾害特点，提出以下治理方案：a通过地面钻孔注浆充填，抬升地面，防止地面继续下沉，恢复地面原来状态，巩固厂房基础和地基；b在井筒揭露溶洞裂隙的地段砌拱、混凝土辅底、裂隙封闭注浆，切断地下水补给井筒的通道，将含水构造拒之于井筒外，减少矿井涌水量，达到彻底治理的目的。

2.2 地质灾害治理方案实施

引起地面厂房下沉的原因是井筒揭露3号溶洞，大量充填物溃入井筒、地下水位下降等，所以要进行综合治理，先在地面打钻孔注浆回填，之后再在井下实施砌拱、注浆等。

2.2.1 地面钻孔注浆充填及效果

在3号溶洞及周边、塌陷厂房范围，共布置钻孔12个，其中3个揭露溶洞。对所有钻孔大量注浆充填，共注浆水泥5 000 t。经注浆后，地面沉降部位基本恢复原状，厂房扶正，达到预期的治理效果。

2.2.2 井筒水害治理及效果

3号溶洞经地面注浆充填巩固后，井下涌水量减少50%，溶洞不再向井下溃入充填物。2010年2月4日起井下治理工作开始，首先是抽水、清理溃入井下的溶洞充填物(泥、沙)，然后砌筑混凝土，再对裂缝发育地段、揭露的岩溶通道注浆，减少地下水流入矿井。

井筒掘进至465 m进入5号溶洞影响范围，揭露了1条含水岩溶管道，直径0.5 m，涌水量 100 m3/h，至井筒总涌水量增加到200 m3/h，施工受到极大影响。根据裂隙涌水特点，采用埋管注浆办法将岩溶管道帷幕封堵，同时涌水较大的裂隙打眼埋管注浆。注浆堵水机理，如图3所示。注浆后，井筒总涌水量减小到65 m3/h，治理效果达66%，为掘进作业创造了良好条件，掘进进度由治水前的每月20 m提高到45 m，效果较好。

图3 5号溶洞岩溶管道堵水施工剖面

2.2.3 治理难点与关键点

井筒涌水地段水害治理是工程的难点，由于裂隙发育于整个巷道断面，注浆时浆会从裂隙处流到涌水点而流走，势必影响到裂隙段拱的注浆效果，不能饱满时，就会出现漏水现象，达不到堵水的目的。为此，施工埋放注浆管时，要往裂隙的深部安放3～5条注浆管，通过反复注浆后，在涌水地段的水面形成帷幕，防止浆液随水点涌出，保证拱注浆饱满[2]。

关键点是对所有揭露的断层破碎带及裂隙发育带段巷道进行全面砌拱、混凝土辅底、封闭注浆，在巷道周围形成了坚固、密封的屏障和不渗漏水的保护层，就如水缸一般[3]。消除地面灾害有如下3个方法：a在地面有针对性地钻孔，找到地下的溶洞；b对溶洞进行注浆，把溶洞空腔全部充满，防止地面继续下沉；c采用膨胀注浆使下沉的厂房柱体升回原位。通过地下、地面的综合治理，把灾害程度减至最小[4]。