千米超深井下战“水魔”:记金诚信纱岭金矿副井-1173m艰难治水的203天
2020年12月18日 10:34 5913次浏览 来源: 中国有色网 分类: 科技创新
12月16日,随着一声炮响,纱岭金矿副井井筒-1173m工作面又开始了正常掘进施工作业。在此工作面与“水魔”奋战了203天的金诚信人终于露出了一丝笑容,这标志着继进风井成功采用无止浆垫施工工艺进行工作面预注浆后,又取得了更关键的一次治水胜利。这一刻确实来之不易,回想过去大半年时间里与凶猛“水魔”艰苦奋战的日日夜夜,太多的艰辛和付出终于得到了回报。
历经艰辛 破釜沉舟三次攻坚终“降魔”
金诚信矿业管理股份有限公司(简称“金诚信”)承建的纱岭金矿副井和进风井井筒掘砌工程,于2019年5月9日开工。同时在建施工的4条竖井中,副井在2020年2月22日首破千米,曾创下单月掘砌进尺124.8m的掘砌量最高纪录,一度走在了矿区竖井建设的前列。
5月28日,副井井筒掘砌进尺已达到1188m。无论从日期还是进度,都看似多么吉利的数字。然而,一条凶猛的“水魔”、一场艰难的苦战正悄悄来袭。
当天,工作面有了出水现象。5月30日,当工作面的探水孔施工钻进到7.5m时,突然“轰”的一声,大量地下水喷涌而出,瞬间工作面水位上涨500mm,实测单孔涌水量80.2m3/h,水温达到43℃,现场的员工和机械顿时犹如泡在灼人的热泉中。
深井施工遭遇涌水,本是司空见惯的现象。金诚信在多年的深井施工中,有着丰富的治水经验。面对这次突如其来的涌水,他们首先按照传统的治水方法,马上进行止浆垫施工,准备进行工作面的水泥预注浆作业,通过水泥注浆凝固来堵住出水口。但由于此次涌水量太大,强涌水的影响导致浇筑不能连续进行,第一次止浆垫浇筑就花费了3天时间。
止浆垫虽然浇筑上了,但由于涌水量大,加固耗时20天,却始终达不到彻底封闭的效果。经过再三斟酌,商定的第二次止浆垫施工方案经过业主方和监理单位的审批后实施。此间对排水系统进行了改造,将排水能力加大,止浆垫浇筑的过程基本顺利。
第二次止浆浇筑虽然渐渐取得了效果,但仍有多处出水点未能封闭住。大家都清楚“水滴石穿”的道理。只要还有细小的涌水不能止住,过不了多久就会“小溪成大流”。为了堵住这些小“溪流”,工程技术人员经过反复研讨,决定选择白银新型注浆材料进行封堵。但经过10天奋战,功效依然甚微。
治水战斗,又一次面临着难以破解的困局。
参与施工的管理人员此时都在考虑,如果继续进行白银新型注浆材料来封堵,结果到底会怎样?兴许再做一些坚持的努力,最终会获得成功;另一种可能,就是花费了人力、财力、时间后,结果前功尽弃。
艰难的抉择,摆在了施工单位和建设单位面前。一次次的研讨、一个个的会议、一项项的比较。最乐观的估计、最坏的结果,大家全都分析预测了。最后,大家在“决不能靠运气、凭侥幸来取得成功”上统一了思想,而这样的艰难抉择就是:全部破除第一次和第二次的止浆垫,以新的方法重新浇筑第三次止浆垫!
科学论证、优化方案、计算比较、周密计划、精心施工……11月6日,第三次止浆垫顺利浇筑完毕。接下来进行止浆垫养护、关闭阀门静水试压、加固止浆垫、布孔注浆等。截至12月10日,涌水封堵最终完成,工作面涌水量不到5m3/h。经过综合研判,符合规范标准,可以恢复掘砌施工。困扰了汇金人半年之久的“水魔”,终于在总结前两次失败教训的基础上,被顽强不屈的沙岭金矿人制服了。
科学决策 精准施策集中科研力量攻坚克难
在这次工作面治水过程中,从最初的《-1173m工作面预注浆施工组织设计》到《第三次止浆垫拆除施工专项方案》,前前后后,编制和完善了8个专项方案,这里面凝聚着施工单位、业主方及监理单位的大量心血与智慧。
10月15日,由金诚信组织的方案评审会通过视频方式举行。这是对实施第三次止浆垫的方案的讨论和审查,针对第三次止浆垫大体积混凝土设计参数确定、水化热的影响、施工工艺等关键问题进行广泛深入的探讨。公司科创部利用专门的软件建立温度场模型,模拟混凝土温升状况;与此同时,项目部与商砼厂家进行商讨,研究降低混凝土的水化热的措施,选择了添加一级粉煤灰、矿物掺合料并提高其添加比例的配比设计,并做了多组混凝土的快速配比试验,把混凝土中水泥用量降到了最低,将试验后的混凝土配比再次进行模型验算,各项数据符合规范要求。
此次治水过程中参与单位多达6家,担任各自的角色,起到了不同的作用。建设单位、监理单位、注浆新型材料供应单位、商砼供应单位密切合作,共同协商,研究方案。
建设单位和监理单位对注浆全过程的施工方案和具体措施进行审查,每班安排管理人员值班,跟踪施工进展情况,发现问题及时解决;新型材料厂家安排技术人员现场盯班指导。在方案的审查和关键环节施工过程中,兄弟施工单位派人现场指导。
第三次止浆垫浇筑期间,商砼厂家现场调度,保证混凝土供应的及时性。当泵车出现故障时,立即调用备用泵车赶赴现场。经过四天三夜的连续浇筑,第三次止浆垫浇筑完成。从养护期间到期后,预留试块检测全部合格,布孔注浆时止浆垫未漏浆跑浆……在多家单位的团结协作下,不仅取得了此次注浆治水的胜利,也为以后解决此类问题提供了更多的方法和经验。
深入分析 抓住矛盾升级改造解决系统瓶颈经反复对比分析,前两次止浆垫漏水导致失败的原因,归结于排水能力偏小,抗风险能力较差,止浆垫混凝土施工难以连续进行,止浆垫的整体性受到了很大的影响。
要解决排水系统的问题,必须尽可能加大排水能力。为了综合利用两条井筒的排水系统能力,建设单位同意实施-1000m中段短路贯通方案。6月22日,横穿副井与进风井的巷道贯通,对两井排水系统升级后,排水能力提高到200m3/h;紧接着,吊盘卧泵排水能力增加到150m3/h,形成了较为完善的排水系统。
高地温是超深竖井施工的又一大难题。井下工作面环境温度一直在36℃以上,作业条件相当艰苦。作业人员长期在高温水中搏斗,工作量大且温度高,采取工作面降温措施势在必行。技术人员对比多种降温技术和设备,最终选择风冷设备,并采用整体组织机构,仅用3天时间安装完成。8月4日,副井制冷系统投入运行,工作面环境温度降到了30℃以下,大大改善了作业条件。
身先士卒 勇于担责战“水魔”尽显中流砥柱
在与“水魔”战斗的日子里,业主方、监理方、施工方的各级管理技术人员深入现场,共同解决问题。汇金公司董事长袁永忠、总经理蔡兴健,监理公司总监理工程师王治伟等领导多次深入工作面,查看现场情况,及时决策。
汇金公司董事长袁永忠身为矿井建设的带头人,在每次重要决策前,召集各方人员分析数据、研究方案、共同决策。在副井单井排水能力受限制的情况下,他果断决策,向集团公司申请增加-1000m短路贯通工程,提前让两井先贯通,提高抗风险能力。尤其是第三次止浆垫方案,多次主持召开专题会议研究,不仅在主要方案上加强商讨,而且对施工细节一再斟酌,决不能有一丝疏漏;在方案实施的各个阶段,他带领专业技术人员深入现场,掌握一手数据。第三次止浆垫封水效果得到验证后,他高兴地对大家说:“副井工作面预注浆取得的阶段性胜利,是所有汇金人共同努力的结果,是参建各方齐心协力、共度难关的集中展现,是党建引领作用的深刻展示,为今后矿山建设起到了示范作用!”
金诚信汇金项目经理杨永军从事竖井施工近20年,有着丰富的施工经验。遇到超深竖井高压高温的水患,一度让他锁紧了眉头:以往的治水经验,在此类复杂地质条件下如何加以改进,必须拓展思路,寻求更有效的方法。在两级公司专家的指导下,对第三次止浆垫的设计、混凝土的质量保证措施、过程控制等细节上反复探讨修改,最终形成了完善的方案。
前两次止浆垫加固时,效果总是不明显。为了查找问题,他有时在井下一呆就是十几个小时,甚至一天下井三四趟。第三次止浆垫养护期满需要验证其封水效果,他亲自在工作面指挥安装阀门、压力表,进行静水试压。滤水层的加固是一道关键工序,他在班前会上详细交代施工工序安排,井下现场指导,经过3天的奋战,止浆垫成功,无一处漏水,第三次止浆垫封堵取得了非常理想的效果。他兴奋地向建设单位报告:“我们成功了!”
不断探索 总结提高再次积累超深竖井宝贵经验
副井-1173m工作面高压高温大涌水条件下的治水,是前所未有的挑战。汇金项目部在业主方和两级公司的支持下不断尝试各种施工方法,不断总结、完善,经过近7个月的不懈努力,最终获得成功,摸索出了一套行之有效的治水方法。
坚持“有疑必探,先探后掘”的施工原则,是避免工作面涌水的最有效方法。工作面探水保护岩层厚度满足设计要求,保护岩层厚度过大,单次探水孔利用率较低,造成较大的工期及人工浪费;保护岩层厚度不够,极易导致工作面大量涌水,将会给注浆施工造成极大的困难。
混凝土止浆垫的质量是工作面预注浆成败的关键。在工作面出现涌水的情况下浇筑混凝土止浆垫,必须采取可靠的质量保证措施,止浆垫厚度应按照计算参数最大值确定,止浆垫必须设计成锥形施工壁座,可以有效地防止止浆垫上浮。滤水层设置在合理范围内,增加导水槽与滤水箱和滤水桶连通,保证滤水效果。根据《大体积混凝土施工标准》采取添加粉煤灰、矿物掺合料,以减少混凝土中的水泥用量降低大体积混凝土的水化热等措施。
将潜孔钻机固定在整体液压模板上,为打孔注浆提供了有利条件:第一,保证了打孔质量,确保每次打孔角度均相同;第二,移动钻机简单,快捷,节约了大量的时间;第三,不占用工作平台空间,提高工作平台利用率;第四,提高了打孔时将钻机甚至工作平台顶翻,提高了施工安全。
积极采用新型注浆料,开拓了注浆新思路,提高了治水效率。遇水不分散、早凝早强等材料的应用,取得了较好成效。实践证明,该材料具有凝固时间短,强度高等优点,在孔口管固定、止浆垫加固等方面具有较好的效果。如C-S浆液达不到预期效果,可选用该材料进行治水。
对纱岭金矿副井-1173m工作面大量涌水进行注浆,是一项具有极大挑战性的治水工程,也是一次极具里程碑意义的艰难探索。通过该次降服“水魔”,总结出了许多行之有效的超深竖井高压高温治水经验,填补了矿山超深井施工相关领域的空白。
责任编辑:杨净茹
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