水平钻探在水文地质中的应用

摘要:超前地质探测是矿井安全施工的重要保障,水平钻探技术具有直接和准确的特点,特别是在水文地质复杂矿山，快速水平钻探技术成为超前地质水文地质探测的主要手段。望儿山矿区深部开拓工程进度，受复杂水文地质的牵制，进展缓慢，水平钻探的正确运用，给工程顺利施工带来保证。本文以望儿山金矿深部开拓为背景，运用水平钻探放水设计及数据，注浆方案，探讨了快速水平钻探在水文地质中的利用。

关键词：望儿山金矿 导水体系 突水灾害探水注浆

中图分类号：B845.67文献标识码： A 文章编号：

1．工程概况

望儿山金矿区位于山东省莱州湾东部莱州市金城境内，距莱州市约33km。该矿西与焦家金矿毗邻，东与招远市蚕庄镇相邻。矿区范围西起东季家，东至冯白村，北起新城，南至曲城，总面积24km2。望儿山金矿已经开采38年，矿山规模逐年扩大，资源消耗速度也随之加大。2012年底矿山保有地质储量285万吨（金属量18622Kg），尚可服务年限约10年，属于中度资源危机矿山,而另一方面，随着开采深度的增加，深部水文地质情况十分复杂，防治水工作难度很大，生产探矿工作举步维艰，储量升级进度十分缓慢，而生产矿量消耗速度又很快，这给三级矿量的平衡工作带来了很大困难，将直接影响我矿生产的持续稳定发展。因而开展矿山水文地质勘探工作，制定有效水害防治措施，加快开拓工程进度，增加开拓储量提高储量级别，已成为矿山必须面对的重要课题。

2、坑内导水体系网络

矿区导水构造主要为北北西向与近东西向两组，构成了似网格状储、导水体系，受其控制，在矿坑内形成了冷水和热水两个相对独立的地下水系统。以SN向望儿山主断裂（F1）为矿区主要导水构造，Ⅳ#矿体下盘导水构造破碎带（F2）及主断裂北翼EW向分支导水构造（F3），矿床开采时，由于矿坑疏干排水影响，导致在矿区周围形成区域性的地下水水位降落漏斗，浅部含水带中的地下水则通过水力联系较密切的F1、F2、F3断层带及其它含水带间接流入矿坑。而随矿坑排水量的不断增大和降落漏斗的扩展，其中的地下水会源源不断地通过多个含水带导入矿坑中，形成地下冷水水体系统。下盘EW向导水构造破碎带（Z1、 Z2、 Z3、 Z4）主要热水导水通道及补给源，地下水经岩体余热加热后形成低温热水，在地形高差影响和相应水头差影响下低温热水沿望儿山主断裂下盘EW向导水构造破碎带上升，形成矿区的主要地下热水水体系统。热水导水构造与主断裂形成“山”字形发育，造成热水与冷水具有一定的导通性。最终形成了北封闭南开放“U”形地下水系统。

3、矿坑突水灾害

随着矿山不断发展，上部潜水已趋向稳定，深部开拓突水灾害成为矿山后续发展的阻碍。望儿山金矿自建矿开采以来，坑道中出现过大量突水点，但影响深部开拓工程的突水点主要有三处。

第一处，深部盲竖井石门巷开拓突水点。2008年开始施工-630盲竖井石门巷工程，至6月份施工到距离盲竖井约37m位置时，出现较大涌水达300m3/h，导致盲竖井淹井至-470中段。揭露SN向导水构造一组，构造为张性构造破碎带，构造面充填有灰白色糜棱岩及岩石碎屑。

第二处，主断裂北翼突水点。根据工程布置，布置在矿体北翼的水仓及斜井工程将首先揭露主断裂导水层，2013年4月-630中段大斜井车场揭露主断裂突水点，出现较大涌水达120m3/h，导致水位急剧上升，直接威胁-630中段施工安全。

第三处，22线以南热水突水点。2012年5月在-470中段南大巷开拓时揭露19线附近热水倒水构造，形成突水点，最高涌水量达400 m3/h。向南间断发育3组导水构造，22线-16线为矿区热水主要揭露点。

4、水平钻探的运用

根据导水构造特性及涌水机理分析，对于矿坑突水灾害做提前预防措施。

4、1利用水平钻探水

为保证深部开拓工程施工安全，在富水区进行水平钻孔探水作业。水平钻超前探水为主，通常情况下探水钻孔的数量不得少于3个，孔径Φ46mm。水平巷道探水钻孔应与巷道中心线成5О夹角，探水孔施工深度40米，应超前于巷道掘进迎头5米。若探水量较大，大于50m3/h，岩芯较破碎时，仍需预留10米防护。

探水钻孔设计附图

在其它开拓或采准工程采用浅孔探水作业，坚持“有疑必探，先探后掘”的探放水原则，保证施工工程安全。开拓、采准工程浅孔探水钻孔布置：通常情况下探水钻孔的数量不得少于4个，孔径Φ40mm，孔深4米。探水钻孔设计附图

4.2堵水注浆

根据现场实际情况，工作面钻探过程中出现涌水，当实测涌水量大于100m3∕h时， 综合考虑选择“井下工作面打钻注浆”施工方案，即在井下巷道工作面周围布孔，并按设计布置预埋注浆孔口管，然后进行打钻注浆，注浆方式为前进式注浆，即钻孔至出水位置后就停止钻孔，进行注浆，注浆结束后按设计施工顺序再对其它孔进行复孔继续钻进、注浆，如此反复至设计终孔深度。此施工方法每次注浆都能对上次注浆部位进行复注，从而提高注浆效果。

4.2.1注浆前的施工准备：

⑴、改造排水系统，增大排水能力，防止钻探过程中出水，为打钻注浆创造好条件。

⑵、按设计布置预埋注浆孔口管。

⑶、布置钻探、注浆设备及设施。

⑷、安设搅拌站，准备注浆材料，包括水泥、水玻璃、搅拌机、注浆泵、管路、储浆桶，各种应急材料。

⑸、对注浆施工人员进行技术交底、技术培训以及安全教育。

⑹、安设钻机并进行调试。

⑺、对孔口管进行注浆加固，

⑻、完善整改辅助系统，为注浆打钻创造好条件。

4.2.2注浆施工步骤：

⑴、先将Φ108钢管一端焊接法兰，管长1.5m，在巷道工作面上开Φ130孔，孔深1.5m然后将Φ108钢管植于孔内1.3m外露20cm，用双液浆固定好。

⑵、对工作面埋设的注浆孔口管，按施工顺序进行打钻、注浆。

4.2.3注浆设备及材料：

⑴、注浆设备

注浆泵：2TGZ-210∕60型注浆泵；立式水泥搅拌机储液桶。最大注浆压力注浆泵：21MPa，最大注浆量：60升∕分，双缸双用，可调整注浆压力和注浆量，有效的控制浆液凝固时间和扩散距离。

钻孔设备： KQ-100风动潜孔钻

⑵、注浆材料：

普通硅酸盐水泥（32.5R），水玻璃（模数2.4~3.4，浓度30~45Be゜）和水。材料市场来源丰富，价格便宜。

4.2.4注浆工艺流程：

安设注浆泵、搅拌系统搅拌浆液连接注浆管路至孔口管进行注浆按设计参数调整浆液达到注浆结束标准清洗注浆泵及管路准备下次注浆。

注浆钻孔布置图

4.3放水减压。

接近富水区段，利用水平钻提前探明富水位置，在确定水压过大时，利用水平钻孔进行放水、疏干减轻涌水压力，降低施工风险。

5.结束语

望儿山矿区由于围岩裂隙岩溶发育、富水性强，并且分布多条导水性断层，致使矿山开采过程别是深部开拓工程，不断出现突水灾害，严重影响工程进度，给工程施工带来不安全因素。坑内水平钻探的运用，超前揭露导水构造，探明富水区段，利用探水注浆可顺利穿过富水区，为工程的安全施工带来保障。

参考文选：

山东省地质勘察局三队.山东省莱州市望儿山金矿床深部详査地质报告.1993

刘日富.望儿山金矿床南风井水文地质特征初步分析.矿业快报.2003

张洪训.望儿山金矿坑内热水涌出机理及防治方案研究.金属矿山.2006