在采矿作业中透水岩石密封的综合方法.pdf

在采 矿作 业 中透 水岩石 密封 的综 合方 法 E r n e s t J ．Ki p k o， J u r i N． S pi c h a k。 提要I在 苏 联 发 最 丁 一 种新 的 透 水 岩 石 密 封 的 方 法 t 本 方浩 是 在 写 苎 和旧 巷 过 罨 耋 量 的 充 填 中发展 起来的．蓝已在 2 0 0多个项 目的实施过程 中汪实成绩卓著．此方法是以对透求岩石密封的整十过程进行 的 经 侨拄术计算为依据 ．密封是用一种新的．有效韭便宜的密封泥浆来实现的．此泥浆主要用帖土和砂质粘 土 制 备 ．本文对密封方社的使用成果加以介绍． 最 近1 8 年 来 ，在 育 龟裂 的和喀斯特 岩石矿 L h 开采申， 为防止井巷建设时出现涌 水，S TG Sp e z t e mp o n a s c h g e 0 l o g i a 生 产 联 合 会 创 造 蓝 睫用 了一种综 合方法， 无论是 在 苏 联 2 O 0 多 个矿井 中还 是左 国外的 竖井 掘进 中，也无论 是 在平巷 掘进还是在露 天开采 的支护 中，这种 方 法的使用都 取得 了令人满意 的成果 ，在工业 和 民用建 筑 巾利 用此 方 法可防止地 表下 沉。 一 、 综 合 方 法 此 综合方法 之所以在 巷道 出现 局部灾 难性 涌 水时用 于密封 ，在 冻 土带可 防止 高度 矿 化作 用 的 盐卤渗瀑以及 在扑 灭矿井 火灾 时防 止水 渗 孺，应归 结于 它有一系 列的计 算方 法 。此计 算 方 法可 以从 第一 个钻 孔中取得 的岩石 性能为 基 础 的公式表 示。以 此公式可求得 必要 的隔水 层 尺寸j密封 泥浆的压 力和 注浆 数量。 膈承层 是 由随 处可见 的粘 土 帮水 泥再加 粘 ‘0 技 术经济效益将 更为可 观。 四、结 论 桐来 沟通风 系统采 用多级机 站通风方 式， 能 有效地 进行坑下 防尘排尘， 消除有毒 有害气 体的危 害，显著改善 了作业面 条件， 大幅 度地 降 低了通风能 耗。 多级 乱站通风方 法 足近年来 由国外 引进的 新 型遭风方 法，具有 效 率高 、 风 少、节 约能 源 、经济 可靠的优 点 。建议有 条件的金属矿 山 应 逐 步推广 应 用这种 通风方 法。 实施这种方 法， 对于矿 山的通风 管理则 提 出了更商要求。 我们 认为， 需在 下述 问题 上给 予 足 够朐 重 混韭采 廓相应 措施， 以保证这 种通 风 方 法的 可行 性。 1 ．矿井 通风是一 项技 术性 比较强 的工作 ． 风 量和风 压 照 着生 产的发 展不 断发生 变 化 ． 要 进～步 完 善检测 手段 ．组 织专业 人 员对系统 和 网路 进行 有计 划 的定 期 的测定 分析，及 时处 理异常现 象 ，保持 通风 系统的最 佳状态。 2 ．根据生 产的发 展和变化 ，不 断 调 整 各 个 时期坑下 巷道 和作业 面的需风 量，及时 进行 风 机角度 的调 整和通风 构筑物 的设置， 以保证 风 量分 配 的合 理性。 3 ．国采 结 束后 要 及时密闭 采空 区．某些 不 用的巷遭还 要做临 时密闭a同 时，对 堵塞晦 巷 遭及疏 通， 以减 少通风 阻力。 4 ．制定井 下严格 的管 理制 度和风机 维 修 保养a 发 ，确 铼通风设 备 的完好 。 有 色 矿 山一 1 9 8 9 ． 6 v * v R R 墙 浆 一 注 ～ 2 v 2 v 维普资讯 台 剂制成 的 泥浆‘ 从而取 代 了常用的水 泥注浆 化学 或注 浆材料 。这 种 泥浆 的主 要成 份是 建筑 工地 上 随处可 见 的粘 土 或砂质 粘 土，以及选矿 厂和 发 电厂的工业废 料 。这 样就可节 约大 量 昂 责 的水泥 和化学 材料 ，届 时 也显示出这项 工作 前 效 益非 嗣小可 。 士 、水 泥密封 泥浆∞成 份为 粘 土8 9 ～ 9 0 ，水 泥8 ～ 1 0 ，粘 台 捌1 。 粘 土、 水泥注 浆材料 具有 很好 的穿透能 力 ， 不 易 沉淀，不 易被 地下 水冲 走 ，当其在 堑沟和 裂 缝 中流动时不会 凝 固。但其 强度 在停止 流动 J 雷就迅 速增 大 图 1 。 a o o 2 5 o 锄 ● I { J -．- I } 冒 ， I I -- 4 司 ‘ 。 l I -- I r／ l 『 I ． l f l ‘ J I t ∞ ∞ “ 7 ／ ，r 日 ／ r／／ 一 一 r 圈 1 注浆 的帖滞 强度与0 定时问 的关系 髑 1 _ i} i 明注浆参数- 在 巷道 掘进 中，爆 破会使这 种泥浆 的密封 性 进一 步增 强。 所有 这些特性都 保证 了在矿井 整个开采 期间 ，这种隔水层的可 靠性 密封过 程的 计算是 以含水 层的流体 动力学 有 色 矿 山一 1 9 8 9 ． 6 特性的所有参数 为基础 j ，这些参数是在钻探 中借助 流量 测定n； 按照 含水层 中压 力再生法 进 行试 验所得 结果 求得 的 。探 孔可 在地 表 也可在 掘进 工作面开 。这 种方 法可 准 确地 确定通过 探 孔穿 透的 含水层数 埋藏 深度和厚 度 ；水 ； 压力琊渗透 系数 石 裂缝和 岩石 中裂 ． J 大 小 。为取得这 ’ ， 数 据 ，研 翩 出了用 于4 4 ． ， 7 3 ． 1 0 8 mm不 同 直径探 孔 的DAU 3 M测量 议． 根 据流体力 学的研 究缔果 ， 监考虑到 耕 土、 水 泥 密封 泥浆 的强度和 流态学特性 ，末H 沿一 个 钻孔 灌浆的 巷道 周 围每 个 含水层 稻所允许 的 密封 泥浆 隔水层伸 展的外 形尺寸 图 2 ．计 算 密 封探 孔 的最佳数 目及 其 在地 面的 位置 。 圈2通过定 向斜孔 形 成隔水 层 1．2． 3． 4为 台球 层 出 下； I． 1． I为灌 注密 蒙的 孔群 在竖井 的延 深中，预 先考虑使 用定向钻 孔 取 代垂直钻 孔 ，由此可使 急艇斜 的裂缝数 目明 显 增加 ， 由于可 同时 进行 密射和井 筒 延 潦 工 作 ，这样 就可 节约 时间。 在 巷道和 隧道 摇进 中使 用这种 综 台 方 法 图 3 ，做 岩石 或结构 断裂的 隔水 屡，只 需打 2 ～ 3 个 深的水 平孔 或倾斜孔 就可 以了，而用水 泥或 化学注浆 材料则需 打] O ～2 O 个浅孔 。 一 27 一 铷 维普资讯 翟3 Na g o l c h a n s k a j a 矿石 门止水 鹰』 j 范浆 灌 王． - T 采H 】 托 力三 3 0 1 1 p a的 标 准 高压 泵。 密封 芘浆 灌 ． 茧 由下 至 上闪顺 序 分j ； 1 】 逐 一 每 亍 、 舍 0 ，或者有 选 j 筝地 汀入 E 意一 个 舍冰 层 。为 置， 专门发 明 r 督十 充填装 置， 利 Ⅲ 这种装置就能 将钻孔 在 1_ 壬誊点 上密封 。为 裣 蹙封 浆的制 备和注人效果 ，有一 个捡盔 站 记 齑封 泥浆的质 量，灌 注 力 ，失乐 和 入钻孔 1 I 泥浆 曲总 量。 为 对 瞽封 沱浆进行 控制， 又发羼 引淡 了 新 的 方 法 f 冈 4 。 这 种 新 方 法 是 以 铡 量 在 隔水 层 ． 同 。 j 球 岩 均残 余渗水为 基础的，避． 罐汪 密 封皑浆 至汁算； 向或 预期 。 最低毒 奇． 。 盈4 通过残余 渗水鼍 测定对 密 封 工 作 遗符 控 制 28 一 借助这 种 控制方 法可保 证在任何 情 况下 使涌承 量 减 少 至预 之 数 值。 二 ， 合法的利用 。 1 1 巴 ’ 、 T o v 。 | 、 I k 。 Y k a 量 ‘ J 通 风 J } f ． ≮ 8 0 2 ， n． 程 8 n ， 。 l 4 筇 一批 他用 途 种 ’ 台 方 f 矿 ‘ l _ 『 之 一 ， 从 - 也丧 开 始 1 、 芝 上逆 一 0 十 如 ～8 j 0 m 深 度 销 儿 ， 爿 这 种 注浆街封 赉 与 一 延 深的同时进行 临时 鹰 封 。 密 暑井苘 涌水 量从 1 8 7 m ／h减 少 爿 2 ． 3 i ll 。 ／ h． 佚该通n 井 未I O 个月 『 以8 6 m／ 月 的 中等效率 ． J 下 延深。 目5 刘， 生裘开 始密封的实 际 参数 盘船 1 由井底 取 i ’ m 东诧注浆 参数 r右 例 进行 了对 比 。 匿 5以 N o o b u t k o v k ． 矿 为倒 密封 参教对 比 置 ， t弛 丧 皇例 井底 工作 l卣 贼 工作 问．月 进 ． ．n } B 赞嗣 ．1 0 z卢布 1 0 86 ．01 8 鼠近 l 8 F亲， STG 生产联 合会 所 采用 密封 注 浆情 奠 犊规 模 见表 1。 有 色 矿 山～ 1 9 8 0 ． G 维普资讯 S T G从 1 9 7 0 年 以来所 实施 韵 密封 注浆情 况 表 1 掘进 中老 井巷a 、d 的充城 K, ] i -- r- 冒承的消除 未j 虿 料的井巷涌水排除 井底调车场曲防水 丘宾菏井壁井简的修理 支 护 2．防止回秉工作面我惫的过滤性防 护帘 一 i ．喀特斯山脉 j b ．长期冻土带 非 稳定 区 岩石 的邮 圆 3 ．建筑物下井巷的壳填 堤飒和尾矿垠的修理 地下蓄水池筑坝 建筑物下开采 在最 近 3年 来S TG在 上述地 区 又在 t 2 0 个 企 业计 划进行 密封工作 。 旧巷道 的加 固问题发生 在 丘筒 宾 支护 区段 和 巷道 掘进要穿 过废弃 的采空区 。为防 止水 流 进 使用的巷遭 或防止在 I N巷道 上的地面建 筑下 沉 ，被水淹 没 的巳开采 过的岩层 要处理 。 为此要 进行以下 工作 1 对巷道 的底板 至顶顿 用密封泥 浆进行 无 压力充填 。 2 在崩 落带穿 过巷道 的顶板将 密封 泥浆 加 压注入 裂隙。 对于这 类情 况，就甚不 弱都 各 自有其 密封 的 设计和 实施 的独特方法 。 1 ．含水 屡 的密 封 有 色矿 山一 l 9 8 9 ． 6 在此 ，以 S TG在 “ R。 S L o v u g o 1 ”生 产 台会 J k s c ／ -, a i * 矿 丁f 1 伊 匿6 。 f-2 ． V1 91 9 圉6“j u s c h n a j a”矿 中 N a 、N 2 号 竖并 K z 矿 屡牛 旧井 的充填 此 工 作的 目的在 于 防 止 位 于 2 0 8 m 漾的 Ne s c h d a n a j a “ 旧矿井 K 含 水 层 的 水 酒 j 竖 6 6 8 m深的 N 和N。 通风井 。 根 挺勘探孔的数硅得 知 ，空硐区达 1 ． 2 m ， 涌水 量可 达 3 2 0 m。 ／ h 。 为 降 低排 水 费月 j ， S TG 由地表 t 每 个 竖 井 边 上打 u 个 2 l o re 的徕孔对 旧矿 井 进 行 密 封 ，每 个井筒所 用的 密封 泥 浆 量 约 为 1 9 0 0 0 I i i 。在采 匿围 绕井简的 密封层外 形 轮 廓 J 超 声 波进行 测量 。在密封工 作结 束后 ， “ J u s 一 h n a i a”矿 井 的井筒就没 发生 过 涌 水 。根 据 计 算，8年 内用于 密封的 费 鹏可用节 省下 来 的 排 水费 用补偿 。 2 ．喀斯 特K a r s t 岩石 的密封 “I n t e r lq at i o n a1 M l ． c W a c } r A s s o c i t i o I MW A 杂 志发表 了一系列 关 于 由 S TG 为 缳加利 亚 的 “Do b r u d s c b a”设计 时 进 行密封试 验所 取得 结果 的 文章。这 里还存 在 的 羽题是 ] 6 0 0 m 深的 璺 井 要 穿过 6 5 0 ～1 3 5 0 m 一 g 一 1 1 2一 ‘ 1 1 1 ～ 0 n 一 维普资讯 探 度范 围 i 7 0 0 m厚 的 “ W a kn i n s ki 喀 斯特 地 层 。根 据水文地质 渭查， 从这 个地 层 向竖井 口 j 涌 求预 诗可 选 2 5 5 0 m。 ／ h ， 漉速为 1 6 m／ h ， 压力 1 2 Mp a， 正数 据丧2 。 试 礁 密 封 的结 果 钻 孔 R一 1 4 0 B 袋 2 l 2 5 5 0 0 处理 后的 残窘 渗水．m3 ／ t , 在 Do b r d s c h a矿 井的建 设中，喀 新持 岩 石 密封 卫。 要 - 披求 柏实施，使 放弃 昂贵 的双丘 沛 。 多 甚 支 护的 透 凝 土 支 护 成 为可 篷 3 。 可 渗 透 保 护 层 的形 成 广泛 并砑。 并 奠 另一 个大项 日的实艟又 接近 成为现 实 皇r l 乌拉尔 铝土矿建 没一 个延 伯的，可 渗透柠 护罢 I s S 奠 0矿 山的水文 | 质情 况橱为 受杂 ，矿 床 与瞎J ； 含 水 石灰 岩 相 联 ， 而 石 又 与 贮水 层 相 联 。 现 有 阿排水筛 干系统不 l 量担保这 个新建 的韭很 的 巷 道不 被水淹没 ，困此 认为 有必要在 这个 矿 床 上面建 一 个巨大 的排水 设施 。 为 了截 住地表 和地 层 流八矿 井 的3 0 0 0 0 m ／ h水， S TG才 打算 建 一 个 可 渗 透 保 护 层 FS S ，此渗 透 保护屠 FSS 长 3 5 0 0 m， 漾 3 0 0 m ， 密 封 泥 浆 3 8 0 0 0 0 m。，建 设 时 问 要 5 ． 5 ～ 6 年 。 4 ．平巷崩 落 区的密 封 为了开采 “ RO V e n ki a n t r a z i t ” 生产 联 合 会池煤矿 储备矿 块， 芒 先要开始 第2 8 号运输巷 道 捌进 ， 当接 近 M i c h a i l o v s ki 断 层 时 ， 探 孔 的 涌 、 } 达 1 8 0 mj ／ h 。 r保证穿过 一个 2 7 m长 三曼 二 。 | ’ j __ 二 ． 一_ | _ 二 二 ～ 。 二 二 ． ． 二二 一 二 三二 三 一 二 圈7 “ N a g o l c h a n s k a j a ”矿 井9 6 0 m． , 体面 的 底调车 塌 预注浆 有 色 矿 山一 l g 8 9 ． 6 5 5 6 B 5 5 5 5 D 5 ； 1 3 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 3 O 3 2 0 0 0 5 O 0 3 3 1 2 3 3 2 S ～ 一 ～ 一 ㈣ Ⅲ 一 Ⅲ 加 坫 要 S 3 3 3 3 5 f 3 B 3 8 3 3 0 0 l I3 登 一一 一一㈣一～ H㈠一一 L 8 3 B 3 8 3 8 3 8 3 B 3 B r 、 ￡ 7 8 B 9 e 0 0 1 1 2 2 ．．． 。 誊 一 l、 ．． j 一一 、 l _m _ 一 誊 ■ 一 毒 一 ≯ ． 一 一一 ．， 0 一，一 、～，， ．＼ ． 0 ll_ Il 一_ 、． ． 0 ll ． 。．一t 一 、 一 维普资讯 的 崩落带 ，其讵浆 密封 由4 个水 平的 Ks 8 ～1 0 0 m的 孑 L 来 进行 。 密封 工作 完成后掘 进继 续 ， 密 封 区 域 的 涌 水 被 堵 住 了 。 在 掘 进 中升 剥 的 1 1 0 0 mm宽的裂缝 用牯 土一水 泥密封 泥浆 充 坝 。 在这个矿 著q ． 修 建 3 o 斜坡道 也进行 了 同样 的工作 。在穿 过 崩≯ 地段有效 的掘进 使 开采工 作面一 个接 一 十地 拄产 。 5 ．井 底调车 场 的预 泣浆 An t r a z i t 生 产 联 合 会 “ Na g o c h a n s k a j a ” I，； } 雾 图7 矿， ； 9 5 0 m 2 I - 作而 的； 癌 班车 场设计 在 一 个 4 3 m厚的 含水秒 舒巾。 砂 岩 层 的 预 注 浆 是 在 底 车 场 工 作 而 上 通过 1 7个 ’ 为 4 7 ～ 1 7 0 m的 r ’ [ 。 结果 ， 。 升底 调车场 巷道中 朗 残 ～ 湎 ／ 1 3 0 m。 ／ 葶为3 ． 5 m。 ／ h 。 - i 缔 ∥ ， 2 十』 j ，矿 井捱。 一年 投入 使 r 。 6 ．定 向单钻孔 密封 在 通过定 向钻 进和 竖井 掘进f 暑 ‘剐 } 密封 ， S TG 积累的 经 验使通 过单 ’ 孔 在 凉 掘进 的密封工 作的设 计和 实施 得 发 砬。达种 钻 孔的横剖 面和结 构要考虑 到 含水 层 岩 体 裂 缝 ， 矿 山地 质 情 况 ， 掘 进 计 划 和 其 它 因 素 的 j 题 下确 定。钻 孔要采用 涡 轮钻机， 札缱用扩孔 设备 向下 掘进。 “Do n e z ku g o 1 ” 生 产 联 合 会 “S a s j a d k o”矿井的 通风井 深度 达 1 0 8 5 I l l 图 8 。直 径 7 m，横截 2 1个 含水 ，其预计 总 涌水量为 1 8 3 m。 ／ h 。通过一个定向孔在未来的竖 筒 近进 行相 应的预注 浆 。在 每 个含水层都 按计 算 设一个 密封隔水层 。在 加 固孔扩大 的套T L G 漉 体 力学试 验做 过之后 ，在每个 含水层 出下 r 上 分别 灌 注密封 泥泵 ，其 总量为 1 5 0 0 0 m。 。 在 密封以后 ，竖井 月进效 率 为 8 0 1 2 0 m， 渗水 总 量3 ． 5 m。 ／ h 。 以 经济效 果 而论 ，按 照 苏联 竖 f 建 设的价 1 i t 8 “ S a s j a d k o 矿 山通风 井 格来计 算 ，使 用综合方 法密封 施工 ，每 百万 密封隔离 L 的布 置 布投 资 J ． 节 约 1 7 7 。 张信蒋 译 自 r z r C t e t a l 1 4 ] ，1 9 8 8 Nr l 2 ，6 1 O ～6 1 5 页 朱水 波校 维普资讯