井巷突水环境分级治理在田兴矿山的探索与应用

2019-09-26张琳琳

世界有色金属 2019年15期

关键词：井巷突水涌水量

王磊，张琳琳

（1.河北钢铁集团矿山设计有限公司，河北唐山 063000；2.河北唐山康德工程咨询有限公司，河北唐山 063000）

1 项目背景

司家营田兴矿隶属河钢集团矿业公司，属大水矿床矿山，水文地质条件复杂。依据裂隙成因及其发育程度和埋藏条件之不同，可将基岩含水岩系划分为古风化壳裂隙含水带与深部构造裂隙含水带两部分。其主要特征见表1。

表1 基岩含水带主要特征表

井下涌水补给来源丰富，补给来源见图1。在井下开拓工程对基岩的揭露时，经常突发涌水，对井下人员、设备造成了严重威胁，严重地影响和制约着工程建设施工进度。对工作面涌水实施分级后施工止浆墙注浆治理涌水是一种简单有效的施工方法。

2 实施分级

在井下巷道涌水的治理中，根据围岩及突水状况一般采用布置止浆墙后工作面注浆的施工工艺，但现场环境复杂多变，需先完成对井下突发涌水的工作面附近的现场施工环境，获取相关有效信息，包括有突发涌水量的测算、涌水静水压力的初步估算、突水位置周边的围岩性质等，然后依据井下突发涌水状况对突水环境分级，快速制定合理的方案。

2.1 突水环境分级

根据田兴矿井巷突水的止浆墙注浆施工经验，综合井巷突水点的涌水量、静水压力和突水工作面的围岩性质，对井巷突水环境进行评估，将突水点环境分为三级：一级突水点环境，涌水量大于200m3/h；二级突水点环境，突水点涌水量大于80m3/h，且小于200m3/h，出水点3-6个；突水工作面围岩不稳固，岩石破碎；三级突水点环境，突水点涌水量大于20m3/h，且小于80m3/h,出水点1-3个；突水工作面围岩不稳固。

2.2 突水环境分级下的止浆墙布设方案

田兴矿根据突水环境分级确定相应的止浆墙注浆施工方案作为应急预案，以用于及时相应井巷掘砌施工中发生的突水事件。具体施工方案参数见下表2。

表2 突水环境分级下的施工方案参数表

（1）一级突水点环境下止浆墙施注浆施工采用止浆墙嗣后绕道措施巷至工作面注浆施工方案，止浆墙与突水工作面的距离L可根据以下经验公式计算：

L=[(V-200)/50]＊7.5m+31m

式中：V为突水点涌水量；

当涌水量大于200m3/h，突水点涌水量每增加50m3/h，止浆墙则在原布置位置后退7.5m进行设置。

（2）二级突水点环境下止浆墙施注浆施工采用止浆墙壁后注浆施工方案，止浆墙与突水工作面的距离L可根据以下经验公式计算：

当80m3/h＜V＜100m3时，止浆墙与突水工作面的距离L可根据以下经验公式计算:L=[(V-80)/10]＊0.2m+0.6m

当100m3/h＜V＜200 m3时，止浆墙与突水工作面的距离L可根据以下经验公式计算:L=[(V-100)/10]＊3m+1m

当80m3/h＜V＜100m3时，突水点涌水量每增加10m3/h，止浆墙则在原布置位置后退0.2m进行设置。

当100m3/h＜V＜200m3时，突水点涌水量每增加10m3/h，止浆墙则在原布置位置后退3m进行设置。

三级突水点环境下止浆墙施注浆施工采用止浆岩柱加固作为止浆墙，其后进行注浆施工方案。

2.3 突水环境分级下止浆墙注浆封堵涌水

（1）1级突水环境下止浆墙嗣后施工措施巷至工作面注浆。施工止浆墙嗣后施工措施巷至工作面注浆施工适用于涌水量巨大的突水事件处治。因其涌水量巨大，流水的冲击使得在突水面附近巷道无法布置止浆墙，需要远离突水工作面一定距离下，选取较为稳固的巷道位置设置止浆墙，才能降低涌水对止浆墙冲击，确保止浆墙的浇筑质量。

图1 某施工措施巷至工作面注浆

止浆墙采用现浇C30混凝土，其厚度及强度由下列公式进行验算确定：B=P·S·λ/([τ]·L）

其中：B—止浆墙厚度，m；P—注浆终压；[τ]—混凝土允许抗剪强度；S—墙断面积；λ—过载系数，取1.1～1.2；L—巷道周长。

根据验算，混凝土止浆墙厚度一般取3m～5m，强度C30可以满足封水、注浆要求。

（2）2级突水环境下井巷突水中的止浆墙壁后注浆施工。井巷突水中的止浆墙注浆施工适用于在围岩性质差、涌水量较大、出水点多的突水工作面；其次，因涌水量较大，对井下临时排水系统造成很大负荷，需要及时堵住涌水。该种情况下，在突水面附近选择围岩较为稳固的位置，支模浇筑混凝土止浆墙，先堵住涌水，待止浆墙稳固后再进行壁后注浆。

（3）3级突水环境下井巷突水中的止浆岩柱注浆施工。井巷突水中的止浆岩柱注浆施工适用于在围岩性质较好、涌水量较少、出水点不多的突水工作面。在突水工作面进行临时支护的前提下，满足现场施工条件，且因涌水量较小，对井下临时排水影响不大。因此，可进行浅孔注浆加固预留一定厚的岩柱作为止浆墙，待岩柱止浆墙达到加固强度后再进行壁后注浆。根据现场的地质条件，工作面两侧及顶部岩石较为完整，一般根据经验留存的4m厚岩柱加固后，进行打孔注浆封堵工作面涌水。