【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 傾角為700左右，傾向西北。在255m水平至205m水平下盤(pán)運(yùn)輸巷的西南端掌子面探水鉆孔注漿施工過(guò)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(cè)孔動(dòng)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(zhǎng)軸方向?yàn)楸睎|南西、短軸方向?yàn)楸蔽髂蠔|的疏干降落漏斗曲線圖，也進(jìn)一步說(shuō)明了礦區(qū)外圍地下水進(jìn)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?yàn)橹鳌?．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(chǎng)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(zhǎng)巖、矽卡巖的接觸帶附近，一般來(lái)說(shuō)，水量較小，水點(diǎn)較分散，但由于風(fēng)化的閃長(zhǎng)巖和矽卡巖有遇水軟化的特點(diǎn)，易發(fā)生冒落片幫的現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，對(duì)采準(zhǔn)工程威脅不大。（2）地下水分布在礦體與大理巖、閃長(zhǎng)巖或矽卡巖的接觸帶附近，開(kāi)始時(shí)，水量較小，隨著地下水的沖刷和閃長(zhǎng)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(jìn)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(pán)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(pán)運(yùn)輸巷涌水（200 m3/h）涌泥，都是這種情況。其造成后果較為嚴(yán)重，對(duì)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(diǎn)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(guò)大理巖含水層中的構(gòu)造巖溶裂隙進(jìn)入礦坑中主要逕流通道，含水豐富，靜動(dòng)儲(chǔ)量較大，水壓較高，涌水量大，如各個(gè)分段水平的下盤(pán)運(yùn)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(pán)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(yán)重，對(duì)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(guò)在205m水平112礦房冒落帶各個(gè)出水鉆孔（點(diǎn)）的關(guān)（放）水試驗(yàn)，和在205m水平至255m水平下盤(pán)運(yùn)輸巷的西南端探水鉆孔的群孔關(guān)（放）水試驗(yàn)，以及在305m水平下盤(pán)運(yùn)輸巷掘進(jìn)過(guò)程中涌水等試驗(yàn)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(pán)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(zhǎng)巖、矽卡巖具有隔水作用，只要確保其穩(wěn)定或及時(shí)支護(hù)，大理巖中的地下水是不易進(jìn)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(jìn)入礦坑的。（2）各水平分段下盤(pán)運(yùn)輸巷的西南端大理巖含水帶與礦體上盤(pán)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(pán)運(yùn)輸巷的西南端探水鉆孔的群孔關(guān)（放）水試驗(yàn)過(guò)程中，冒落帶及探水鉆孔的涌水未見(jiàn)變小，但個(gè)別鉆孔的水變混，這一點(diǎn)還需進(jìn)一步證實(shí)。（3）各水平分段下盤(pán)運(yùn)輸巷的西南端大理巖含水帶與礦體下盤(pán)接觸含水帶的地下水水力聯(lián)系較為密切，通過(guò)對(duì)其探水鉆孔注漿堵水，下盤(pán)運(yùn)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(pán)運(yùn)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(diǎn)）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(shí)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(kāi)展，定能發(fā)現(xiàn)其水力聯(lián)系程度?？傮w來(lái)說(shuō)，西部礦體礦坑各出水點(diǎn)的來(lái)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(diǎn)）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(diǎn)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(gè)區(qū)。（1）強(qiáng)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(pán)接觸帶附近，二是305m水平下盤(pán)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(gè)分段水平的上、下盤(pán)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(zhǎng)巖(δμ)閃長(zhǎng)巖是礦區(qū)巖漿巖之一。產(chǎn)狀向北、西、南方向傾斜。閃長(zhǎng)巖、矽卡巖化閃長(zhǎng)巖、蝕變閃長(zhǎng)巖未受風(fēng)化的閃長(zhǎng)巖屬較堅(jiān)硬類巖石，抗壓強(qiáng)度R=～，裂隙少發(fā)育, 巖體堅(jiān)固性完整性較好,巷道不需支護(hù)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(zhǎng)巖及含黑云輝長(zhǎng)巖等脈巖，分布范有限，對(duì)巷道的穩(wěn)定性影響程度小。高嶺土化蝕變較強(qiáng)的閃長(zhǎng)巖巖，巖體破碎，巖石松軟呈土狀，工程強(qiáng)度極低，主要分布于礦體頂板，厚度不穩(wěn)定，無(wú)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(qiáng)度低，在該類巖石中掘進(jìn)或采礦應(yīng)采取支護(hù)開(kāi)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(qiáng)度較高，井巷壁穩(wěn)定。礦巖接觸帶大多為風(fēng)化的閃長(zhǎng)巖和矽卡巖，結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度低，且有遇水軟化膨脹的特點(diǎn)，總體來(lái)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(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 我國(guó)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(fèi)用高，而且易引發(fā)地面塌陷、地下水資源枯竭等嚴(yán)重環(huán)境問(wèn)題，如水口山鉛鋅礦、凡口礦、泗頂鉛鋅鐵礦等，為此，我國(guó)礦山防治水工作者借鑒水電大壩灌漿經(jīng)驗(yàn)開(kāi)發(fā)出礦區(qū)注漿帷幕堵水技術(shù)。經(jīng)過(guò)近40年實(shí)踐、發(fā)展，我國(guó)礦區(qū)帷幕注漿堵水技術(shù)已步入實(shí)用階段，日臻成熟。目前我國(guó)對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害已引起高度重視，可以說(shuō)，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(guó)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(guó)的深大帷幕比較，自不可同日而語(yǔ)。可以說(shuō)，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(jì)效益、社會(huì)效益等方面來(lái)衡量，我國(guó)獨(dú)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(guó)內(nèi)外已有近20個(gè)工程實(shí)例，而井下頂板注漿帷幕則罕見(jiàn)報(bào)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(dá)90%以上，并且不被采礦活動(dòng)（爆破、沉降等）所破壞，同時(shí)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(guó)已開(kāi)始進(jìn)行試驗(yàn)研究，采用該技術(shù)有一定的適用條件，主要有：礦體相對(duì)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(wèn)題，甚至使礦山因排水負(fù)擔(dān)過(guò)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(gè)礦山，井下帷幕注漿工程已基本完工，其堵水率高達(dá)100%，堵水效果十分好，現(xiàn)正在回采護(hù)頂?shù)V柱，取得了很好的經(jīng)濟(jì)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(dá)5萬(wàn)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(guò)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(wàn)m3/d）后，水文觀測(cè)孔的水位卻沒(méi)有變化，礦坑的排水基本上等于其動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量，靜儲(chǔ)量沒(méi)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(fù)擔(dān)，致使礦床無(wú)法開(kāi)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(jìn)水通道多而寬闊，其結(jié)果勢(shì)必導(dǎo)致工程投資高昂，且堵水效果不好，從而無(wú)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(hù)礦區(qū)地下水資源，又能保證安全高效開(kāi)采礦床的防治水方案已勢(shì)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(jìn)行了大量的地質(zhì)勘探，有比較豐富的地質(zhì)資料，對(duì)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(jì)合理的防治水方案有很大的幫助。西部礦體相對(duì)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(pán)接觸帶，地下水水力聯(lián)系較密切，為實(shí)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(shí)，在西部礦體各分段水平已實(shí)施了大部分的運(yùn)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(shí)施具備了條件。目前，礦山已制定了詳細(xì)的防突水預(yù)案，具備了日排水量5萬(wàn)多m3的能力，為確保礦山安全開(kāi)采，提供了強(qiáng)有力的保障；并且在與地下水害的斗爭(zhēng)中，培養(yǎng)了一支設(shè)備配置較好、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較豐富、能解決實(shí)際問(wèn)題的防治水隊(duì)伍，為掌握更先進(jìn)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(xiàng)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(hù)下安全高效地將礦體解放出來(lái)。為達(dá)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(jìn)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(duì)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(shí)際情況，可采用縮小孔距、縱橫交錯(cuò)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(cuò)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(shí)施，即前期工程、后期工程。 （1）前期工程：首先繼續(xù)保持對(duì)地表水文觀測(cè)孔按原來(lái)的密度進(jìn)行水位觀測(cè)，并在適當(dāng)位置增加1～2個(gè)水位觀測(cè)孔，逐漸完善礦區(qū)地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)網(wǎng)。同時(shí)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(duì)西部礦體255m水平以下的開(kāi)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(jìn)過(guò)程中的安全。同時(shí)在西部礦床的西部、南部及頂部實(shí)施礦體內(nèi)的近水平法向探水注漿孔（網(wǎng)度為10m*12m），開(kāi)展井下頂板群孔關(guān)（放）水試驗(yàn)及注漿工作，有條件時(shí)進(jìn)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(dá)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(duì)豐富的區(qū)段、地下水進(jìn)入礦坑的主逕流帶以及一些可能存在的含水盲區(qū)進(jìn)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(duì)其堵水效果進(jìn)行檢測(cè)，如達(dá)到安全采礦要求，即可進(jìn)行對(duì)礦房的開(kāi)采，在采準(zhǔn)及崩礦過(guò)程中，如出現(xiàn)涌水，仍應(yīng)采用直接堵漏法進(jìn)行封堵，以確保帷幕長(zhǎng)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(jī)理 注漿帷幕厚度的確定 頂板群孔關(guān)（放）水試驗(yàn) 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(cè)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(lái)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(wú)法實(shí)現(xiàn)的；同時(shí)，在局部地段采用探水鉆孔注漿方法，雖然能暫時(shí)解決生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的涌水問(wèn)題，但沒(méi)有把地下水趕到安全采礦的范圍之外，如205m水平114號(hào)礦房出現(xiàn)頂板冒落涌水，就是這個(gè)原因。從XX礦多次與科研院校合作研究的項(xiàng)目來(lái)看，其重點(diǎn)主要是針對(duì)礦區(qū)的水文地質(zhì)條件的研究，對(duì)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(diǎn)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(yùn)動(dòng)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(guò)布置設(shè)計(jì)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(jìn)行縱橫交錯(cuò)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(kāi)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(rèn)識(shí)、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(shí)施的情況，按照一定的網(wǎng)度設(shè)計(jì)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(guò)鉆孔揭露的地質(zhì)情況，確定各個(gè)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(zhǎng)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(guò)井下各個(gè)水平分段、各個(gè)穿脈的涌水鉆孔和工作面出水點(diǎn)，進(jìn)行井下水文地質(zhì)試驗(yàn)（如群孔關(guān)放水試驗(yàn)），達(dá)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(guò)程中漿液運(yùn)移分布規(guī)律；（5）對(duì)穿脈水平鉆孔進(jìn)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(dá)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(fèi)用，改善井下作業(yè)環(huán)境； （7）通過(guò)穿脈水平探水鉆孔注漿工程的實(shí)施，能夠降低突水風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)井下采準(zhǔn)工程的實(shí)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(shí)施打下堅(jiān)實(shí)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