【文章內(nèi)容簡介】 傾角為700左右，傾向西北。在255m水平至205m水平下盤運輸巷的西南端掌子面探水鉆孔注漿施工過程中情況表明，北東方向的巖溶構(gòu)造裂隙發(fā)育，含水十分豐富，水力聯(lián)系好。并且，從歷年的礦坑排水量與地表水位觀測孔動態(tài)關(guān)系而繪制的降落漏斗曲線圖可知，在西部礦體形成了長軸方向為北東南西、短軸方向為北西南東的疏干降落漏斗曲線圖，也進一步說明了礦區(qū)外圍地下水進入礦床的主要逕流方向是北東南西向，其構(gòu)造巖溶裂隙的走向也應(yīng)是以北東南西向為主。3．4頂板圍巖地下水分布規(guī)律礦體頂板地下水主要是沿構(gòu)造巖溶裂隙和接觸帶分布，根據(jù)大量的資料和現(xiàn)場調(diào)查分析，礦體頂板地下水有以下分布規(guī)律。 （1）地下水分布在礦體與閃長巖、矽卡巖的接觸帶附近，一般來說，水量較小，水點較分散，但由于風(fēng)化的閃長巖和矽卡巖有遇水軟化的特點，易發(fā)生冒落片幫的現(xiàn)象，應(yīng)及時進行支護，對采準工程威脅不大。（2）地下水分布在礦體與大理巖、閃長巖或矽卡巖的接觸帶附近，開始時，水量較小，隨著地下水的沖刷和閃長巖或矽卡巖的軟化膨脹，大理巖含水層中的巖溶裂隙水直接進入礦坑內(nèi)，導(dǎo)致涌水量突增，并伴隨著泥石流，如205m水平上盤112礦房冒落帶涌水（300 m3/h）涌泥，255m水平3穿脈巷涌水（300 m3/h）涌泥，305m水平原下盤運輸巷涌水（200 m3/h）涌泥，都是這種情況。其造成后果較為嚴重，對礦山的正常安全生產(chǎn)有很大的影響，現(xiàn)在礦坑大的出水點都是如此。（3）地下水分布在礦體與大理巖的接觸帶附近，是外圍地下水通過大理巖含水層中的構(gòu)造巖溶裂隙進入礦坑中主要逕流通道，含水豐富，靜動儲量較大，水壓較高，涌水量大，如各個分段水平的下盤運輸巷的西南端探水鉆孔涌水（目前單孔最大涌水量為100 m3/h），305m水平下盤礦巖接觸帶超前探水鉆孔涌水，以及205m水平112礦房頂板大理巖中探水注漿鉆孔涌水，其造成的后果最為嚴重，對礦山安全生產(chǎn)最為不利，甚至產(chǎn)生突水淹井的可能，是防治水工程的重中之重。3．5水力聯(lián)系通過在205m水平112礦房冒落帶各個出水鉆孔（點）的關(guān)（放）水試驗，和在205m水平至255m水平下盤運輸巷的西南端探水鉆孔的群孔關(guān)（放）水試驗，以及在305m水平下盤運輸巷掘進過程中涌水等試驗資料分析，礦床內(nèi)的各含水帶有以下的水力聯(lián)系特征。（1）礦體上盤接觸帶含水帶與礦體頂板大理巖含水層的地下水水力聯(lián)系較為密切，但由于閃長巖、矽卡巖具有隔水作用，只要確保其穩(wěn)定或及時支護，大理巖中的地下水是不易進入礦坑的。205m水平114礦房冒落涌水涌泥和255m水平3穿脈巷冒落涌水涌泥都是人為破壞其穩(wěn)定性，導(dǎo)致大理巖中的巖溶裂隙水進入礦坑的。（2）各水平分段下盤運輸巷的西南端大理巖含水帶與礦體上盤接觸含水帶的地下水水力聯(lián)系不明顯。在205m水平至255m水平下盤運輸巷的西南端探水鉆孔的群孔關(guān)（放）水試驗過程中，冒落帶及探水鉆孔的涌水未見變小，但個別鉆孔的水變混，這一點還需進一步證實。（3）各水平分段下盤運輸巷的西南端大理巖含水帶與礦體下盤接觸含水帶的地下水水力聯(lián)系較為密切，通過對其探水鉆孔注漿堵水，下盤運輸巷內(nèi)的一些出水小裂隙大都被封堵。(4)礦體頂板大理巖含水層與各水平分段下盤運輸巷的西南端大理巖含水帶的地下水水力聯(lián)系情況不清楚，從205m水平各出水孔（點）情況分析，北東南西方向的構(gòu)造巖溶裂隙較發(fā)育，含水豐富，而這兩含水帶實際上是同一含水層，只是在局部水力聯(lián)系不是很順暢。隨著防治水工程的開展，定能發(fā)現(xiàn)其水力聯(lián)系程度。總體來說，西部礦體礦坑各出水點的來源是頂板大理巖含水層中的巖溶裂隙水，主要構(gòu)造導(dǎo)水裂隙的走向是北東南西向，各出水孔（點）都與之有關(guān)，有著或多或少的水力聯(lián)系。3．6頂板圍巖富水性分區(qū)從井下各出水點和已施工的探水注漿鉆孔的情況分析可知：西部礦體礦床按涌水量大小可劃為三個區(qū)。（1）強富水區(qū)（單孔涌水量50 m3/h以上）主要有三塊地段：一是205m水平上盤接觸帶附近，二是305m水平下盤接觸帶附近，三是各分段水平的西南端。（2）次富水區(qū)（單孔涌水量20～50 m3/h）主要有各個分段水平的上、下盤接觸帶，各分段水平的西側(cè)和各分段水平的南側(cè)。（3）弱含水區(qū)（單孔涌水量20 m3/h以下）其它地段為弱含水區(qū)。3．7頂板圍巖工程地質(zhì)特征（1）閃長巖(δμ)閃長巖是礦區(qū)巖漿巖之一。產(chǎn)狀向北、西、南方向傾斜。閃長巖、矽卡巖化閃長巖、蝕變閃長巖未受風(fēng)化的閃長巖屬較堅硬類巖石，抗壓強度R=～，裂隙少發(fā)育, 巖體堅固性完整性較好,巷道不需支護施工，建成的巷道穩(wěn)定性較好，尚未出現(xiàn)帽頂跨幫現(xiàn)象，輝石閃長巖及含黑云輝長巖等脈巖，分布范有限，對巷道的穩(wěn)定性影響程度小。高嶺土化蝕變較強的閃長巖巖，巖體破碎，巖石松軟呈土狀，工程強度極低，主要分布于礦體頂板，厚度不穩(wěn)定，無規(guī)律性，該類巖石構(gòu)成的礦體頂板穩(wěn)定差，易生井巷冒頂事故。（2）矽卡巖帶矽卡巖往往與大理巖接觸，形成矽卡巖帶，該帶厚度與產(chǎn)狀極不穩(wěn)定，矽卡巖帶羽狀節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石較礦碎，巖石松軟。巖石工程強度低，在該類巖石中掘進或采礦應(yīng)采取支護開采或采取防范措施。（3）大理巖大理巖是礦體主要圍巖之一，R=～，該巖石工程強度較高，井巷壁穩(wěn)定。礦巖接觸帶大多為風(fēng)化的閃長巖和矽卡巖，結(jié)構(gòu)松散，強度低，且有遇水軟化膨脹的特點，總體來看，礦體頂板圍巖的工程地質(zhì)條件差。4．頂板帷幕注漿方案的確定4．1礦區(qū)帷幕注漿堵水國內(nèi)外現(xiàn)狀 我國幅員遼闊，灰?guī)r分布廣，巖溶礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜，單純采用疏干降壓方法，不僅排水費用高，而且易引發(fā)地面塌陷、地下水資源枯竭等嚴重環(huán)境問題，如水口山鉛鋅礦、凡口礦、泗頂鉛鋅鐵礦等，為此，我國礦山防治水工作者借鑒水電大壩灌漿經(jīng)驗開發(fā)出礦區(qū)注漿帷幕堵水技術(shù)。經(jīng)過近40年實踐、發(fā)展，我國礦區(qū)帷幕注漿堵水技術(shù)已步入實用階段，日臻成熟。目前我國對礦山地質(zhì)災(zāi)害已引起高度重視，可以說，帷幕注漿堵水技術(shù)必將成為大水礦山防治水的首選技術(shù)。 國外的礦區(qū)注漿帷幕多為第四系表土層中的淺截帷幕，且大部分是用鉆銑法或鏟挖法施工的地下防滲墻，與我國的深大帷幕比較，自不可同日而語?？梢哉f，從礦區(qū)帷幕的應(yīng)用范圍、帷幕規(guī)模，以及所獲得的經(jīng)濟效益、社會效益等方面來衡量，我國獨創(chuàng)的礦區(qū)帷幕注漿堵水技術(shù)均處于世界領(lǐng)先水平。 目前礦區(qū)地面注漿帷幕國內(nèi)外已有近20個工程實例，而井下頂板注漿帷幕則罕見報道，兩者在堵水率及安全性方面，均有明顯區(qū)別，前者距采區(qū)有一定距離，不受采礦工程所影響，要求有一定的堵水率即可，而且幕內(nèi)有完善的排水系統(tǒng)，不存在突水淹井的威脅；而后者緊貼礦體，要求堵水率高達90%以上，并且不被采礦活動（爆破、沉降等）所破壞，同時確保不發(fā)生突水淹井事故，因此其技術(shù)難度可想而知。 井下頂板帷幕注漿作為大水礦山防治水的一種新技術(shù)，在我國已開始進行試驗研究，采用該技術(shù)有一定的適用條件，主要有：礦體相對集中、頂（底）板為富水層，涌水量較大，如采取疏干方法易引起地面塌陷、地下水資源枯竭等環(huán)保問題，甚至使礦山因排水負擔過重而難以為繼。XX業(yè)莊鐵礦是采用井下帷幕注漿的第一個礦山，井下帷幕注漿工程已基本完工，其堵水率高達100%，堵水效果十分好，現(xiàn)正在回采護頂?shù)V柱，取得了很好的經(jīng)濟效益。4．2頂板帷幕注漿的必要性及可能性 XX鐵礦為大水巖溶礦床，日最大涌水量達5萬方，是2003年正式試投產(chǎn)的中型礦山。這幾年礦山主要是采用以疏干排水為主、局部注漿為輔的防治水方法。經(jīng)過近四年的排水，礦區(qū)的地下水位變化幅度較小，特別是近兩年正常排水（排水量為2萬m3/d）后，水文觀測孔的水位卻沒有變化，礦坑的排水基本上等于其動態(tài)補給量，靜儲量沒有消耗。如果要把地下水降到安全采礦的要求，必順加大排水能力，其結(jié)果必然使礦區(qū)地下水位下降，形成范圍較大的降落漏斗。因此采取疏干排水為主的防治水方案，必將破壞礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境，消耗地下水資源，引發(fā)工農(nóng)矛盾并大幅增加礦山排水負擔，致使礦床無法開采。如采取地面帷幕注漿防治水方案，由于大理巖含水層埋藏較深，礦床進水通道多而寬闊，其結(jié)果勢必導(dǎo)致工程投資高昂，且堵水效果不好，從而無法保證采礦安全生產(chǎn)，并存在突水隱患。因此，研究既能保護礦區(qū)地下水資源，又能保證安全高效開采礦床的防治水方案已勢在必行。要滿足上述目的，只有在礦體頂板形成一定厚度的連續(xù)人工隔水層，這樣井下頂板帷幕注漿將是XX鐵礦必然的選擇。4．3礦山具備頂板帷幕注漿的條件XX鐵礦雖然是投產(chǎn)不久的新建礦山，但進行了大量的地質(zhì)勘探，有比較豐富的地質(zhì)資料，對分析研究礦區(qū)礦床水文、工程地質(zhì)條件，制定技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的防治水方案有很大的幫助。西部礦體相對集中，頂板大理巖含水層為礦床充水巖層，巖溶發(fā)育分布有一定的規(guī)律，其富水區(qū)主要分布在礦床的西部和礦巖上下盤接觸帶，地下水水力聯(lián)系較密切，為實施井下帷幕注漿，保證其堵水效果，已具備了井下帷幕注漿的技術(shù)要求；同時，在西部礦體各分段水平已實施了大部分的運輸大巷和穿脈巷道，為布置探水注漿鉆孔和加密注漿鉆孔的實施具備了條件。目前，礦山已制定了詳細的防突水預(yù)案，具備了日排水量5萬多m3的能力，為確保礦山安全開采，提供了強有力的保障；并且在與地下水害的斗爭中，培養(yǎng)了一支設(shè)備配置較好、實踐經(jīng)驗較豐富、能解決實際問題的防治水隊伍，為掌握更先進的治理方法奠定了基礎(chǔ)。4．4頂板帷幕注漿技術(shù)路線 本項防治水科研工作的主要任務(wù)是如何在井下建造高堵水率的頂板注漿帷幕，且在其保護下安全高效地將礦體解放出來。為達到堵水率高且安全可靠的目的，首先應(yīng)分析前期勘探鉆孔的水文工程地質(zhì)資料及巷道鉆孔揭露的情況，并進行必要的探水注漿鉆孔工作，從宏觀上掌握礦體頂板的水文地質(zhì)特征，然后分析對比后確定適宜的頂板帷幕注漿方案。頂板注漿帷幕阻水能力介于地面注漿帷幕與大壩注漿帷幕之間，應(yīng)采用雙排孔布置或縮小孔距的加密注漿方式，根據(jù)XX鐵礦實際情況，可采用縮小孔距、縱橫交錯布孔的加密注漿方式，鉆孔綜合控制網(wǎng)度大致在5m6m左右，可滿足帷幕堵水率要求。因此為了在礦體頂板形成由縱橫交錯鉆孔控制的加密注漿網(wǎng)絡(luò)，頂板帷幕注漿應(yīng)分兩階段實施，即前期工程、后期工程。 （1）前期工程：首先繼續(xù)保持對地表水文觀測孔按原來的密度進行水位觀測，并在適當位置增加1～2個水位觀測孔，逐漸完善礦區(qū)地下水動態(tài)觀測網(wǎng)。同時制定安全技術(shù)措施和相關(guān)的技術(shù)規(guī)程，確保井下有足夠的排水能力，保證井下應(yīng)急疏散系統(tǒng)的正常使用。結(jié)合礦山的現(xiàn)狀，對西部礦體255m水平以下的開拓工程采用超前探水注漿方法，查明礦巖的邊界、大理巖巖溶裂隙發(fā)育及富水性等情況，并確保巷道掘進過程中的安全。同時在西部礦床的西部、南部及頂部實施礦體內(nèi)的近水平法向探水注漿孔（網(wǎng)度為10m*12m），開展井下頂板群孔關(guān)（放）水試驗及注漿工作，有條件時進行井下群孔注漿，充分弄清礦體頂板水文、工程地質(zhì)特征，達到基本封堵地下水主逕流通道的目的，為后期工程打好基礎(chǔ)。 （2）后期工程：前期工程完成后，根據(jù)水平探水注漿鉆孔揭露的資料和研究分析，在大理巖巖溶較發(fā)育的地段、地下水相對豐富的區(qū)段、地下水進入礦坑的主逕流帶以及一些可能存在的含水盲區(qū)進行加密探水注漿工程，其鉆孔方向與前期的水平探水注漿鉆孔的方向在空間上大致垂直，主要是封堵平行于穿脈水平探水鉆孔方向的導(dǎo)水裂隙，最終在礦體頂板形成有一定厚度的人工注漿蓋層（井下防滲帷幕）。帷幕形成后，對其堵水效果進行檢測，如達到安全采礦要求，即可進行對礦房的開采，在采準及崩礦過程中，如出現(xiàn)涌水，仍應(yīng)采用直接堵漏法進行封堵，以確保帷幕長期安全使用。 頂板帷幕注漿作為大水礦山防治水的一種新技術(shù)，應(yīng)解決如下關(guān)鍵技術(shù)： 頂板（注漿蓋層）突水機理 注漿帷幕厚度的確定 頂板群孔關(guān)（放）水試驗 頂板群孔注漿技術(shù) 頂板加密注漿技術(shù) 注漿帷幕效果檢測4．5頂板帷幕注漿方案的確定XX鐵礦是巖溶大水礦山，原來采用以疏干排水為主、局部堵水的防治水方法。要把礦區(qū)地下水位疏干到安全采礦的水平，在現(xiàn)有的條件下是無法實現(xiàn)的；同時，在局部地段采用探水鉆孔注漿方法，雖然能暫時解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的涌水問題，但沒有把地下水趕到安全采礦的范圍之外，如205m水平114號礦房出現(xiàn)頂板冒落涌水，就是這個原因。從XX礦多次與科研院校合作研究的項目來看，其重點主要是針對礦區(qū)的水文地質(zhì)條件的研究，對礦床水文、工程地質(zhì)特征的研究很少。礦床頂板帷幕注漿是以堵水為主，排水為輔的防治水方法，其研究的重點是頂板大理巖含水層構(gòu)造巖溶裂隙發(fā)育分布規(guī)律、地下水運動分布規(guī)律、水力聯(lián)系、富水性、地下水主要逕流通道等水文、工程地質(zhì)特征；通過布置設(shè)計穿脈水平探水鉆孔注漿工程和頂板加密注漿工程，揭露查清其水文地質(zhì)特征，并進行縱橫交錯的鉆孔注漿，最終在礦床頂板形成一定厚度的注漿蓋層（井下注漿帷幕），為礦山的安全高效開采提供技術(shù)保障。穿脈水平探水鉆孔注漿工程是礦床井下圍巖帷幕注漿的前期工程。在認識、分析、研究現(xiàn)有地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)XX礦的采礦生產(chǎn)現(xiàn)狀及防治水工程實施的情況，按照一定的網(wǎng)度設(shè)計布置沿穿脈巷道方向的水平探水注漿鉆孔，其目的作用主要是：（1）通過鉆孔揭露的地質(zhì)情況，確定各個水平分段礦體、礦巖的地質(zhì)邊界；（2）基本查清大理巖含水層的巖溶裂隙發(fā)育情況，構(gòu)造裂隙的產(chǎn)狀、規(guī)模、性質(zhì)等，以及地下水賦存程度等水文地質(zhì)特征；（3）礦體、閃長巖及頂板大理巖工程地質(zhì)特征，特別是接觸帶的穩(wěn)固性。（4）通過井下各個水平分段、各個穿脈的涌水鉆孔和工作面出水點，進行井下水文地質(zhì)試驗（如群孔關(guān)放水試驗），達到基本查明大理巖含水層巖溶裂隙發(fā)育分布規(guī)律，導(dǎo)水裂隙的水力聯(lián)系程度和可能存在的富水盲區(qū)，以及初步圈定注漿過程中漿液運移分布規(guī)律；（5）對穿脈水平鉆孔進行注漿，有水力聯(lián)系的涌水鉆孔可采用群孔注漿技術(shù)，達到基本封堵頂板大理巖含水層巖溶導(dǎo)水裂隙及地下水主逕流通道的目的；（6）減少礦坑涌水量，降低排水費用，改善井下作業(yè)環(huán)境； （7）通過穿脈水平探水鉆孔注漿工程的實施，能夠降低突水風(fēng)險，對井下采準工程的實施起到一定的安全保障作用，并為井下注漿帷幕后期工程的實施打下堅實的基礎(chǔ)，最終在礦體圍巖內(nèi)形成一定厚度的高堵水率的人工