大贾庄铁矿井筒泥质破碎断层的施工技术

贲 勇 程中平 荣 辉 任曙光 张秋霞 李志鹏

(河北钢铁集团矿业有限公司)

大贾庄铁矿井筒泥质破碎断层的施工技术

贲 勇 程中平 荣 辉 任曙光 张秋霞 李志鹏

(河北钢铁集团矿业有限公司)

大贾庄铁矿风井在井筒掘砌过程中多次穿过断层破碎带，不但岩石松散破碎，夹泥严重，且含水丰富，虽经过地表预注浆但在掘进过程中单孔出水量仍然达到60 m3/h，工作面预注浆造孔困难，塌孔、卡钻严重，注浆困难(升压快、注浆量小)，复孔后原出水位置水量不降反升。为此，大贾庄铁矿采取“高压力、小段高”和“反复注浆，反复扫孔复注”法，既经济合理又安全可靠地通过泥质破碎断层，井筒最终验收水量小于6 m3/h，达到规范和设计要求。

预注浆 断层破碎带 井筒施工

1 工程概况

大贾庄铁矿进风井设计井筒净直径6.5 m，井深499.49 m。根据水文地质条件，掘井方案采用上部冻结法施工，深部基岩段采用地表预注浆后再行掘井；冻结孔深246 m，地表预注浆起止深度220～510 m。该工程由中国华冶科工集团负责承建，地表预注浆和冻结工程施工后，于2013年2月1日开始掘井，当施工至-355 m时见水，涌水量8 m3/h，裂隙较发育，由东向西倾斜，倾角约60°。当井筒施工至-386 m时，涌水量增大至30～40 m3/h，无法正常施工，-384 m见水时裂隙由东向西倾斜，倾角约65°。随着井筒的逐渐延伸，裂隙倾角发生变化，最终达到垂直状态，且裂隙发育，岩石破碎。地质报告显示-380～-407 m主要为黑云变粒岩，深灰色，细粒变晶结构，块状构造，裂隙发育，泥质及钙质充填。此段为含水层，通过打钻，发现含水层深度有所增加。

考虑断层破碎带夹泥埋藏厚度大，为了保证工程质量和安全，井筒停止掘砌，制定了止浆垫工作面预注浆施工方案，并在井底浇筑混凝土止浆垫(厚度4 m)进行工作面预注浆，但是注浆过程中出现了下列问题：①在井筒西侧约30 m位置打钻时，出现严重的夹钻现象，据统计( 1#、补1#、2#、3#、8#、9#、加3#、加4#等孔)每钻进1 m约需2～3 h，且钻孔时有绿泥石絮状物溢出，并伴有黏土等泥质物，钻进困难，进度缓慢；②涌水量较大的钻孔吃浆量较小，尽管采用了高压稀浆及超细水泥浆，吃浆量仍然较小；③各孔单次注浆完成后，在扫孔时仍有出水；④个别钻孔在注浆后，扫孔至同层位时涌水量反而增大；⑤按照工勘报告，第三条破碎带位于井深397.4～423.7 m，但从掘井揭露的围岩情况看，自井深390 m 以下即进入了破碎带。从工作面钻孔情况看，通过对5#孔及9#孔扫孔加深至47 m时，虽然水量明显减小，但仍在破碎带中。由此推断该断层厚度至少52 m,即井深390～442 m。

2 施工中存在的问题分析

为了解决上述问题，找出影响注浆质量和进度的主要因素，该矿采取了ABC管理法对各道工序质量进行考量。经过现场跟踪调研和对施工过程的全面检查，施工中存在的问题见表1。

表1 施工中存在的问题发生频数及频率

根据表1可以看出，影响质量和进度的主要因素是注浆连续性及耐久性、注浆设备等原因，次要原因是加固孔口管质量和钻孔质量，一般原因是浆液配比浓度和注浆材料质量。

3 改进措施

(1)注浆方式。因目前断层含有泥质、钙质和绿泥石，而工作面前期注浆时泵压和流量均偏小，注浆连续性和耐久性差，且设备故障频发，造成注浆效果不明显。为此，在地表采用高压力、大流量注浆泵，沿井壁敷设高压管路至井底进行工作面注浆。

(2)布孔方式及注浆段高。加强固管质量管理，做好试压工作；对现有注浆孔重新扫孔补注或加密，确保注浆深度穿过断层；建议注浆分段高度采用10 m小段高；适当加大钻孔角度，向外侧倾斜。

(3)注浆材料。优先选用普通水泥，并根据吃浆情况合理选用超细水泥，仍达不到注浆效果时，再考虑采用化学浆液和其他注浆材料。

(4)注浆时须注意的问题：①注浆前要优先对止浆垫下部和壁后进行注浆加固，适当增大工作面注浆压力，加强对井壁观测，发现异常情况及时停止注浆；②各孔在注浆前要适当增大清水冲孔压力和流量，必要时增加引导孔，充分畅通注浆通道，改善注浆效果，并保证工作面应有的排水能力。

(5)采用短掘方式通过断层破碎带，根据现场实际情况，对注浆和掘井方式、参数进行合理的优化和管理。

4 注浆效果

工作面预注浆施工结束后进行井筒短段掘砌工作。在掘砌过程中发现该段全部处在断层破碎带中，浆液在注浆压力的作用下已经进入泥沙原始充填物中，形成了不规则树枝状充填体且夹泥大部分已被挤实脱水，荒断面存在潮湿现象，但是无明显出水点，压密脱水后的破碎带夹泥地层坚硬密实，虽采用钻爆法施工未发生片帮塌方现象。

5 结 语

大贾庄铁矿通过严密的施工组织和管理，最终顺利通过断层破碎带夹泥断层，井筒施工完成后，全段井筒涌水量小于6 m3/h，达到规范要求且节省了工期和大量资金投入，为其他在建矿山的竖井、巷道及硐室工程快速通过特殊破碎地层提供了参考，值得推广。

[1] 编委会.简明建井工程手册[M].北京：煤炭工业出版社,2003.

[2] 翁家杰.井巷特殊法施工[M].北京：煤炭工业出版社,1991.

[3] 北京建井研究所.立井井筒施工技术[M].北京：煤炭工业出版社,1999.

2015-04-09)

贲 勇(1985—)，男，科长助理，助理工程师，063701 河北省唐山市滦县。