山东青州店子铁矿帷幕堵水工程设计研究与施工

帷幕边界的确定如下 : (1)帷幕顶界的确定 。根据矿区目前水位及近 十几年的平均水位情况 ,为确保采矿期内地下水不 会漫过幕体顶部进入矿坑 ,设计帷幕顶面在 + 60 m 标高 。 (2)幕体底界的确定 。帷幕体的底界应与深部 隔水层相连 。根据报告可知 ,本矿区的隔水层为寒 武系上统 ∈3 f1下部灰岩及长山阶灰岩组成的 D 带 隔水层 ,因此帷幕体的底界设在隔水的 D 带中 。为 保险并留有一定余地 ,将帷幕体的底界打入 D 带中 10 m。 (3)帷幕体两侧边界的确定 。由于 F9 和 F13 均为矿区西 、东两侧的阻水边界 ,其本身都不透水 , 也不导水 。因此 ,将帷幕的两侧边界置入 F9和 F13 两条断层内 5～10 m 是可行的 ,可以挡住北部的回 水。 为了减少工程量 ,节约费用 ,将帷幕线设计在 F39断层以南 20 m ,将 F39断层上导水口置于幕体 以北 ,断绝该导水口与矿坑的联系 ,简化了注浆条 件 ,减少了注浆工程量 。 根据上述设计的北部帷幕线 ,西起 F9 断裂面 东 ,东至 F13断裂带内 5～10 m ,全长 410 m。 21112 工程量 竖井帷幕 :钻孔数 6个 ,孔深 418 m; 北帷幕 :钻孔数 42个 ,平均孔深 426 m。 检查孔 : 5个 ,平均孔深 423 m。 21113 钻孔与序次 (1)采掘竖井 :采掘竖井设计了沿竖井周边布 6 眼帷幕孔 ,孔间距 8 m ,设计孔深 418 m。 (2)北帷幕 :钻孔中心设计在帷幕线上 ,单孔排 列 ,孔距 10 m ,顺帷幕方向呈线状排列 。 钻孔施工 、压水 、注浆均按序次进行 。先施工第 一序次 ,再施工第二序次 ,最后施工第三序次 。注浆
c段次 :这一段次主要指 - 150 m 以深各水平 。 这一段次的最大特点是受采矿活动影响较大 ,受地 下水的压力较大 。采矿设计最后一个开采水平在 250 m ,幕体将受 215 M Pa水压的作用 。因此 ,本段 次对帷幕体本身强度的要求较高 。
在 a、b、c三个段次中 , A、B、C三个分带的含水 层在其中相互交叉分布 , A 中有 b, b中有 A。
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探矿工程 (岩土钻掘工程 ) 2005年第程设计 21111 工程设计范围
本次工程设计范围 :西起 F9 断层 ,东到 F13 断 层。
据分析研究 ,北部向矿坑的回灌水量很大 ,约占 总水量的 1 /3,考虑到下游是大型工业企业的取水 源地 ,必须保护 ,因此 ,北部进水段帷幕注浆堵水工 程为本矿先期工作的重点工程之一 。
1 矿区水文地质及矿山概况 店子铁矿位于青州市庙子镇北 3 km 的店子村
地界内 ,矿区现建有年产 5 万 t的小型铁矿山店子 铁矿 。矿区位于淄博向斜盆地东之淄河断裂带中 ,
矿区最低侵蚀基准面标高 109 m ,矿体均伏于当地 侵蚀基准面以下 。
矿区地下水的运动严格受区域水文地质条件控 制 ,总体流向由南向北 ,由于受构造影响 ,使局部地 段地下水流场变得复杂化 。在自然状态下 ,矿区内 地下水除接受大气降水垂直渗入补给外 ,尚有部分 东部丘陵及南部邻区地下水的侧向补给 。在矿床开 采状态下 ,由于矿山排水疏干 ,矿区范围内地下水位 将大幅下降 ,必将形成一个以矿坑为中心的降落漏 斗 ,水力坡度局部增大 ,地下水的天然流场发生变 化 ,随着疏干漏斗的逐渐形成 、扩展和增大 ,矿区北 端地下水将会倒灌矿坑 ,成为矿坑充水的另一主要 来源 ;矿区西侧的 F9 断裂以西的地下水将通过 F9 近东西向的断裂缺口进入矿坑 ;而矿区东部有天然 分水岭和 F12、F13 断裂的阻水 ,仅靠“天水 ”补给 , 来水微弱 ;南部的进水状态不会有大的改变 。因此 , 矿区北 、西侧的进水将是制约矿山开采的主要矛盾 , 是地下水治理方案必须首先考虑的关键 。
矿区水位目前枯水季节在 0 m 左右 ,洪水期最 高水位可能到 + 80 m。近十几年最高平均水位为 +
收稿日期 : 2004 - 08 - 27; 改回日期 : 2004 - 12 - 14 作者简介 :王平 (1961 - ) ,男 (汉族 ) ,山西太原人 ,山西省地质矿产勘查开发局教授级高级工程师 ,探矿工程专业 ,从事探矿工程 、岩土工程 技术研究和管理工作 ,山西省太原市并州路 63号 , (0351) 4043620、13834617589;卢峰 (1963 - ) ,男 (汉族 ) ,山西大同人 ,山西省地勘局 217地 质队工程师 、项目经理 ,探矿工程专业 ,从事探矿工程和岩土工程施工工作 ,山西省大同市 ;韩龙 (1968 - ) ,男 (汉族 ) ,山西大同人 ,山西省地勘 局 217地质队工程师 、项目总工程师 ,探矿工程专业 ,从事探矿工程和岩土工程施工工作 。
针对以上 a、b、c三个段次的不同特点 ,考虑到 粘土水泥浆材料的特点 ,设计中 ,在这 3个段次中分 别采取 3种不同的浆液 :甲种浆液 、乙种浆液和丙种 浆液 ,同时 ,根据各种材料含量的不同 ,又将每种浆 液可分别配成 3种配方 。
甲种浆液 :这种浆液凝固后基本呈塑胶状态 ,堵 水的功能很好 ,但强度较小 ,主要用于 a段次 。同时 因为在北部帷幕注浆中 b段次受到水压较小 ,距矿 体较远 ,也可采用甲液注浆 。
摘 要 :拟扩建开采的青州市店子铁矿矿区地下水丰富 ,且地质条件复杂 ,严重影响到矿层的开采施工 。通过科学 分析矿区内水文地质条件和物探工作 ,研究确定了矿区堵水帷幕边界 、堵水深度 、堵水材料 ,选择优化了钻孔工艺 和注浆工艺流程 ,对施工中出现的各种类型问题研究和采取了有效措施 ,成功地完成了矿区堵水任务 。 关键词 :青州店子铁矿 ;堵水帷幕 ;堵水 ;堵水材料 ;钻孔工艺 中图分类号 : TD74; P634 文献标识码 : A 文章编号 : 1672 - 7428 (2005) 02 - 0003 - 06 Eng ineer ing of and D esign Research on Curta in W a ter Block ing Project in Q ingzhou D ianz i Iron M ine /WAN G P ing1 , LU Feng2 , HAN L ong2 ( 1. Shanxi Geology and M ineral Exp loration Bureau, Taiyuan Shanxi 030001, China; 2. Shanxi Geological Team 217, Datong Shanxi 037008, China) Abstract: The geological conditions are comp licated and groundwater is rich under Q ingzhou D ianzi Iron M ine which is p lanned to be developed. That seriously affects the m ining of iron ore. The border of water block curtain, water block dep th, water block materials were determ ined after scientific analyses on hydrology and geology condition and some geo2 physical survey. The drilling techniques and grouting p rocedures were op tim ized. The p roblem s occurred during construc2 tion were researched and resolved. The task of water block within m ine area was successfully comp leted. Key words: Q ingzhou D ianzi Iron M ine; water block curtain; water block; water block materials; drilling techniques
孔全部注浆结束后 ,施工检查孔 。 第一序次孔间距 40 m ,第二序次孔间距 40 m ,
但应内插在两个第一序次孔中间 ;第三序次孔间距 为 20 m;竖井帷幕钻孔安排 3台钻机间隔打 。 212 注浆方案与注浆材料的选择
注浆材料的选择与注浆岩层的岩性 、溶隙的大 小 、水头的高低以及未来的采矿方法 、矿体厚度等有 关 。不管采取何种材料注浆 ,其形成的帷幕体必须 能经得起采矿工程的考验 ,保证采矿安全 。
2005年第 2期 探矿工程 (岩土钻掘工程 )
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山东青州店子铁矿帷幕堵水工程设计研究与施工
王 平 1 , 卢 峰 2 , 韩 龙 2
(1. 山西省地质矿产勘查开发局 ,山西 太原 030001; 2. 山西省地质矿产勘查开发局 217地质队 ,山西 大同 037008)
矿产资源的勘探开发利用在国民经济发展中的 重要地位愈来愈显现出来 ,但是深部矿藏 ( 300 m 以 深 )的开采往往受矿区内水文地质条件的限制 ,尤 其是矿井内涌水问题和稳定问题 ,如果不采取有效 的措施则无法进行 。若采取地下边采掘边堵水的施 工工艺 ,施工成本高且风险大 、事故多 。本文通过山 东青州店子铁矿开采过程中可能出现的问题 ,科学 分析矿区内水文地质条件和物探工作资料 ,研究确 定了矿区地表堵水帷幕边界 、堵水深度 、堵水材料 , 选择优化了钻孔工艺和注浆工艺流程 ,对施工中出 现的各类问题研究和采取了有效措施 ,山西省地勘 局 217地质队历时 8个月 ,成功地完成了所承担的 矿区竖井帷幕堵水和矿区北部大部分帷幕堵水任 务 ,共完成钻孔 33 眼 ,岩心钻探 13420 m , 注浆量 34599 m3 。
根据所掌握的注浆材料特点 ,选取注浆材料时 一般按下述原则 :
(1)不采取水泥单液浆和水泥 - 水玻璃双液 浆 ,因为此种浆液虽然能满足条件 ,但其价格较高 , 不适宜如此大规模工程 ;
(2)采取粘土 、水泥浆 ,适当加入一定比例的其 它辅料 ,以提高浆液的凝固时间和强度 。
根据粘土 - 水泥浆液特点和强度的不同 ,设计 中将帷幕分成 3 个不同标高的注浆段次 : a 段次 、b 段次和 c段次 。
本次工程 ,原则上采取 2种浆液 ,即甲种浆液和 乙种浆液 。丙种浆液仅在个别孔段采用 。具体设计 是 : a段次用甲 、丙液 ; b段次用甲液 ; c段次用乙 、丙 液。 213 注浆参数确定 21311 注浆深度及段高
注浆深度应符合下述原则 : (1)终孔深度应超过矿层 ,并打入寒武系下部 的长山组地层中 10 m ,设计孔深 300～464 m; (2)幕体两侧至少有一个孔应与 F9 或 F13 断 层相连接 ; ( 3)采掘竖井周边 6 眼帷幕孔设计孔深 418 m。 段高的确定与含水层的透水性大小有关 ,透水 性大 ,段高可小 ,透水性差 ,段高可大 。本次设计考 虑透水性大小通过钻孔施工很难确定 ,因为返水的 钻孔可能不多 。因此 ,设计中原则上按下述原则考 虑 :在强透水层中 (即在垂向分段中划为 A 层的奥 陶系灰岩和矿层 )注浆段一般长为 10 ～20 m;在中
乙种浆液 :这种浆液的抗压强度中等 ,为 015～
2005年第 2期 探矿工程 (岩土钻掘工程 )
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2 M Pa,此种浆液用在帷幕注浆堵水可以满足要求 , 在帷幕的 b段次和 c段次均可使用 。
丙种浆液 :这种浆液的抗压强度较高 ,一般可达 3 M Pa以上 。本矿区的采矿水平在 - 250 m 水平 , 这种浆液的幕体抗压强度可以满足压力的要求 。
a段次 :主要指 - 50 m 标高以浅帷幕体 。这一 段次的特点是正常年份正常状态下基本无地下水活 动或地下水压较小 ,且距矿坑直线距离较远 ,采矿活 动一般波及不到这个位置 ,或者波及到也较微弱 。
b段次 :主要指 - 50～150 m 水平 。这一段次的 特点与 a段次相似 ,不同之处是本段次有 200 多米 的地下水头 ,帷幕体本身将受其压力的作用 ,因此要 求本段次的帷幕体具有一定抗压强度 。
本文通过山东青州店子铁矿开采过程中可能出现的问题科学分析矿区内水文地质条件和物探工作资料研究确定了矿区地表堵水帷幕边界堵水深度堵水材料选择优化了钻孔工艺和注浆工艺流程对施工中出现的各类问题研究和采取了有效措施山西省地勘217地质队历时8个月成功地完成了所承担的矿区竖井帷幕堵水和矿区北部大部分帷幕堵水任务共完成钻孔33岩心钻探13420注浆量345991矿区水文地质及矿山概况店子铁矿位于青州市庙子镇北km的店子村地界内矿区现建有年产t的小型铁矿山店子铁矿