尖山铁矿溜井涌水治理初步方案及预算.docx

尖山铁矿溜井涌水治理方案

长沙矿山研究院
国家金属采矿工程技术研究中心
国家安监总局金属非金属矿山安全工程技术研究中心
2011-1-21

目 录
1． 溜井涌水现状及水文地质特征分析 3
2． 3、4号溜井涌水治理方案 4
2.1、概述 4
2.2、钻孔布置 5
2.3、注浆材料 6
2.4、注浆工艺及有关技术要求 6
2.5、钻探注浆工程量估算 7
2.6、工程投资预算表 8
2.7、工期 8
2.8、预期注浆效果 8
3. 3、4号溜井堵水技术研究及设计费用预算 8

附图：
分段中深孔帷幕预注浆方案钻孔布置平面及剖面示意图

尖山铁矿溜井涌水治理方案

1． 溜井涌水现状及水文地质特征分析
尖山铁矿井下开拓系统目前仍在建设中，据现场调查，全矿井下涌水量随季节有所变化，雨季涌水量一般380m3/h，旱季涌水量一般300m3/h，巷道及井筒掘进过程中，采用了探水注浆的方法通过含水层，揭露的单点最大涌水量约180m3/h，由于经过了较长时间的疏干排水，目前坑下地下水位已有大幅下降，据工程勘察资料，2009年4月稳定地水位标高1239.75m。今后如矿坑继续大量排水，矿坑地下水位还会逐渐降低，估计会降至1200m标高以下，才会趋于稳定；但如井下涌水点均采取注浆堵水的措施，则地下水位则会抬升。
采场3、4号溜井目前正在掘进，1220m中段以下富含地下水，据工程勘察期间进行的压水试验，主要富水段在1170m标高以下，井筒向下掘进过程中，揭露的单孔最大涌水量达30 m3/h，尽管进行了工作面探水注浆工作，但井筒仍存在不少残余淋帮水。据施工单位反映，3号溜井3m直径井筒已掘进至1124m，1220m以下尚有8～10 m3/h地下水涌出，随着深度的逐渐增加，今后水量还会增加；4号溜井3m直径井筒已掘进到位，1220m以下尚有7～8 m3/h地下水涌出。此外，两井筒1410～1220m段均已掘通，基本无地下水涌出，但3号溜井1410m以上段存在7～8 m3/h地下水涌出，经分析，该部分地下水应是地表雨水及露天采场水的下渗造成的，不属于矿区深部的地下水。
值得说明的是，今后随着露天矿坑往下延伸，露天坑积水及地表水仍有可能顺着溜井的壁后裂隙（地层原生裂隙或爆破松动裂隙）渗透至溜井内，因此，为防范未来很可能发生的这部分涌水，上段井筒也须预先采取防治措施。
根据矿山1、2号溜井应用情况来看，井壁的淋帮水会与矿碴混在一起，易发生篷矿或跑矿现象，会大幅增加矿石下溜的难度，不但影响工作效率，而且还会危及溜井系统的安全性，甚至可能发生井下泥石流灾害事故。同理3、4号溜井残余的淋帮水今后也会显著影响矿石的下溜，而3、4号溜井尽管目前残余水量不大，但由于小裂隙注浆扩散范围较小，井筒由3m扩至6m后，涌水量将会显著增加，因此，如不加以治理，其影响程度将会更加突出，井筒涌水治理工作已势在必行。
2． 3、4号溜井涌水治理方案
根据以上井筒涌水实际情况及矿坑水文地质特征的分析，从技术可行性角度可提出以下三种初步方案：地面深孔帷幕预注浆方案、分段中深孔帷幕预注浆方案及壁后注浆方案，经综合比较，推荐采用分段中深孔帷幕预注浆方案，下面仅对本方案进行较详细的论述。
2.1、概述
由于受注岩层为裂隙含水层，普硅水泥注浆存在注入率有限、扩散范围小、防渗性能差等缺点，而化学注浆又存在浆液强度较低、成本较高、污染腐蚀等缺点。因此，本着堵水可靠、经济节约、可操作性和不产生地下污染的原则，本方案拟采用改性粘土帷幕注浆水害控制技术，该技术由长沙矿山研究院开发，2008年获得中国有色金属工业科技一等奖，已在多个矿山成功应用，均取得了显著的堵水效果。
为加强钻孔的针对性，提高注浆效果，可分段实施井筒帷幕注浆工程，因此可将帷幕注浆工程分三段布置，井下布置两段。
2.2、钻孔布置
由于溜井中部已形成两个中段（1410m、1220m），井筒帷幕注浆工程宜分三段进行，地面布置一段，井下布置两段。
浆液在裂隙中的扩散是有一定范围的，根据井筒地层主要为石英岩、角闪片岩及小裂隙为主的条件，并参考以往工程经验，浆液有效扩散半径大致为4m左右。为保证相邻两孔之间能形成一定厚度的注浆体，注浆孔距定为6m。由于井筒毛断面直径将达到6m，在今后长期运营过程中还会扩大，同时考虑到孔斜因素，并防止浆液大量跑向井内，布孔圈径宜定为12m。
为形成钻注场地，须在井筒布孔圈径的外侧开挖措施巷道（高1.8m,弓高0.7m, 宽2.0m），并在巷道内侧的布孔圈径处开挖钻注硐室（长4m×宽3m×高5m）。由于注浆孔距定为6m，则单井筒一段注浆孔数为6个。钻孔深度按1068m标高控制，3号溜井三段孔深分别为183m、190m、152m，4号溜井三段孔深分别为168m、190m、152m，分两序进行施工，先施工单数的3个Ⅰ序钻孔，通过Ⅰ序钻孔的施工，后施工剩下的3个Ⅱ序钻孔。钻孔布置平面及剖面示意图参见附图2。
2.3、注浆材料
注浆材料采用改性粘土浆为主，各项浆液性能(可注性、稳定性、抗渗性、防蚀性、耐久性)较好，可满足溜井的防渗要求。注浆材料配比可参照“改性粘土帷幕注浆水害控制技术”，并根据实际取样进行必要的室内材料试验后，再进行优化确定。
同样，井筒帷幕注浆以后，也不排除井筒刷大过程中仍存在一定量的淋帮水，为封堵这些细微裂隙，浆液材料类型可选用改性脲醛树脂浆及双液快凝浆。
2.4、注浆工艺及有关技术要求
“改性粘土帷幕注浆水害控制技术”注浆工艺要点如下：
注浆方式：采用孔口封闭，孔内循环，自上而下分段注浆。注浆段长原则上为30m一段注浆过程的观测和记录采用灌浆自动记录仪。
钻孔冲洗：为提高岩体的可注性，注浆前，所有孔段均应进行冲洗。
压水试验：注浆前，所有孔段均应进行压水试验，试验方法采用孔口封闭，或孔内胶塞止水封闭，单点式压水试验。
注浆压力：注浆压力系指注浆段承受的全压力，孔内循环式注浆施工过程中应将压力表安装在孔口回浆管路上。注浆压力采用静水压力的2.5～3.0倍。
浆液浓度变换：注浆一般应采用先稀浆后浓浆逐级加浓的原则进行浆液浓度的变换。初始浆液浓度应根据岩石的单位透水率来确定。
注浆结束标准：注浆压力均匀持续上升达到设计终压，同时钻孔吸浆量小于10L/min时，稳定20～30min，即可结束注浆。

注浆孔封孔：注浆孔最后一段达到注浆结束标准后，采用“全孔灌浆封闭法”进行封孔。
特殊情况下（注浆中断、串浆、冒浆等）的注浆措施：略
钻探技术要求：略
井下分段帷幕注浆的造浆站设置于井下马头门或石门巷道内。
2.5、钻探注浆工程量估算
序号
项目名称
计算方式
单位
数量
备注
1
帷幕注浆孔
逐个统计
m
6210
含3、4号溜井
2
钻孔注浆量
环形圆柱体计算
m3
2000
裂隙率按1%,浆液损失系数按1.2
3
压水试验
30m一段
段次
207

4
壁后注浆
按注浆量的6%计
m3
120
化学浆为主

2.6、工程投资预算表
主要工程费用项目
数量
综合单价（元）
合计（万元）
备注
1
钻探费用
6210m
700
434.70
含扫孔费
2
注浆费
2000 m3
800
160.00
含材料费
3
压注水试验
207段次
100
2.07

4
壁后注浆费
120m3
6000
72.00
含材料、施工
5
壁后注浆辅助费

估算
150
提升、吊盘等
6
巷道及硐室掘进
2595 m3
960
249.12
含出碴
总计（万元）

1068.52

本预算综合单价参考了冶金行业定额及市场价进行确定。
2.7、工期
两条井筒同时施工，大约10—12月。
2.8、预期注浆效果
井筒残余涌水量不大于8m3/h。
3. 3、4号溜井堵水技术研究及设计费用预算
(1) 矿床及溜井井筒水文地质特征研究：5万元
(2) 3、4号溜井防治水方案研究：15万元
(3) 3、4号溜井涌水治理注浆材料研究：10万元
(4) 3、4号溜井涌水治理注浆工艺研究：10万元
(5) 3、4号溜井涌水治理注浆工程设计（5%）：52万元
合计：92万元

附图 方案2钻孔布置平面及剖面示意图