劉道仁，孫翠華（安徽淮北徐樓礦業(yè)有限公司，安徽 淮北 235100）

近礦體帷幕注漿在礦山防治水的應(yīng)用

劉道仁，孫翠華（安徽淮北徐樓礦業(yè)有限公司，安徽 淮北 235100）

在開采涌水較大的金屬礦山時，用近礦體帷幕注漿技術(shù)進行堵水，能有效減少涌水，取得較好的防治水效果。

近礦體帷幕注漿;減少涌水量;預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害;保護水資源

1 前言

徐樓鐵礦位于淮北市濉溪縣城南側(cè)7km處，為一接觸交代型矽卡巖磁鐵礦。礦體埋藏48～385m，采用豎井側(cè)翼式開拓，采用嗣后分段空場法回采礦房，上向水平分層膠結(jié)法回采礦柱的聯(lián)合開采方法。鐵礦石地質(zhì)儲量為2 997萬t，平均品位47.51%，年設(shè)計生產(chǎn)能力40萬t，現(xiàn)已達到年生產(chǎn)能力。

2 礦山水文地質(zhì)概述

徐樓鐵礦地處亞熱帶和暖溫帶過度地帶，屬半濕潤氣候區(qū)，多年平均降雨量845.0mm，年際變化大，最大月份1694.7mm，最小月份499.0mm，年降雨70%集中在6～9月份。

礦區(qū)屬于淮河水系，區(qū)內(nèi)主要河流為沱河及其支流引河和巴河，其次為濉河。另外有較大的河溝24條，及其眾多的人工渠縱橫交錯，地表水系及其發(fā)育。

礦區(qū)含水層為廣泛分布的第四系沉積巖，埋葬深度40～75m，沉積巖底部為為20～40m粘土隔水層，第四系沉積物含水，由厚度不等的砂、砂礫石組成，承壓水位埋深1～2m，為孔隙含水層。鉆孔單位涌水量q為0.23～1.00m3/s，滲透系數(shù)K為0.76～4.1m/d。其次為大理巖巖溶裂隙含水層，該層為礦體頂板，以大理巖為主，次為白云質(zhì)大理巖、泥灰?guī)r、及灰?guī)r。大理巖含裂隙溶洞承壓水，水頭接近地面。大理巖含水層分布遍及整個礦區(qū)。鉆孔試驗表明單位涌水量q大于101m3/s，滲透系數(shù)K為17.8m/d。

礦區(qū)隔水層有第四系松散層底部的粘土層，分布廣泛，結(jié)構(gòu)致密，粘塑性好，透水性較弱?？梢宰韪舻谒南瞪皩优c下部礦體頂板的水力聯(lián)系。但局部地段粘土層近2～10m，中間有砂層俗稱“天窗”，將第四系水層和頂板大理巖連接一起，發(fā)生水力聯(lián)系。礦體地板為閃長巖，斜插在大理巖和礦體之間，將礦體分為上層礦體和下層礦體，該巖體裂隙不發(fā)育，透水性微弱，可視為隔水層。綜上所述，發(fā)生水力聯(lián)系的第四系沉積巖和大理巖，可以將地表的水直接引入采場，嚴重影響礦山的生產(chǎn)和安全。

3 防治水方案的確定

徐樓鐵礦礦體頂板為大理巖含水層，底板為閃長巖隔水層。含水層巖溶裂隙，溶洞發(fā)育，含水豐富，礦區(qū)東頭直接受大氣降水的補給，徑流條件好，水文地質(zhì)復(fù)雜，礦坑涌水量大。地下水的靜動儲量較大，如果采用疏干排水的防治水方案，不僅不能達到疏干的目的，還可能引起地表塌陷，水資源破壞等地質(zhì)環(huán)境問題，而且存在突水威脅；如果采用礦區(qū)地面帷幕注漿技術(shù)方案，不僅工程投入大，而且也無法保證頂板的穩(wěn)定性，同樣也有地表塌陷可能和突水的威脅。為確保礦山順利生產(chǎn)，因此通過綜合、分析和反復(fù)論證，確定采取井下近礦體帷幕注漿技術(shù)方案開采一期。二期開采時也采用礦體內(nèi)帷幕注漿防治水方案，不僅能起到防治水的目的，也起到加固礦體頂板的穩(wěn)定的目的。

4 帷幕注漿總厚度和網(wǎng)度的確定

根據(jù)礦山實踐經(jīng)驗，徐樓鐵礦帷幕注漿厚度為21～24.9m，有效起到治水作用，結(jié)合我國帷幕注漿的礦山（業(yè)莊鐵礦井下近礦體帷幕注漿安全厚度為20m，萊新鐵礦井下近礦體帷幕注漿安全厚度為35m）均取得較好的效果，因此本公司在設(shè)計研究院的幫助下將井下近礦體帷幕注漿安全厚度確定為25m。根據(jù)礦山實際經(jīng)驗，確定帷幕注漿施工網(wǎng)度為50m×50m,將整個頂板全部帷幕注漿。

5 單個帷幕注漿硐室的設(shè)計和施工

注漿硐室的規(guī)格為3m×3m×3m三心拱。鉆注漿孔具體參數(shù)見表1。

5.1 鉆孔施工次序

施工時，先施工1、3、5、7、9、11、13、15、17等第一序次。等第一序次施工完成后再施工2、4、6、8、10、12、14、16、18第二序次。方位角和傾角允許誤差±1°，校正深度誤差1‰。

表1 鉆孔注漿孔參數(shù)

5.2 施工工序及技術(shù)要求

5.2.1 開孔、止水和固管

（1）開孔孔徑110mm,開孔深度3～6m。如遇巖石破碎的施工地點，應(yīng)先施工30～50cm止?jié){墻，而后鉆進。孔口管下如完整巖石2m以上，孔口管處長度必須大于3m。

（2）開孔后，安裝孔口管徑108mm×5mm地質(zhì)管，孔口管外端要預(yù)裝壓力表座，以備打壓試驗、測量水壓和注漿時安裝16MΡa壓力表,外部纏繞遇水膨脹橡膠止水，止水橡膠纏繞段不得少于2.5m。

（3）孔口管工作面上預(yù)設(shè)錨桿，孔口管外露部分與錨桿連接牢固。

（4）孔口管安裝閘板閥門，直徑75mm以上，P＞5MΡa。

（5）固管結(jié)束后，進行打壓試驗，壓力達到P＞5MΡa時持續(xù)30分鐘。檢查止水效果，不漏水為合格。如遇漏水必須采取相應(yīng)的處理措施，達到合格標準后方可鉆進施工。

5.2.2 鉆注漿孔施工技術(shù)要求

（1）注漿孔孔徑75mm，深度見表1。

（2）鉆進過程中需取巖芯，巖芯采取要按順序排列，并立即上地質(zhì)圖，以方便研究水文地質(zhì)及條件。

（3）如遇涌水大過200m3/h時，立即停止鉆進，不得提出鉆具，并立即報告礦長，在通過安全防范措施時，才能按照措施提出鉆具。

（4）鉆孔涌水量達50m3/h時，提鉆后要立即關(guān)閉孔口閘閥并終孔結(jié)束，并告訴排水工注意排水，同時報告生產(chǎn)調(diào)度。

5.2.3 注漿施工技術(shù)要求

（1）注漿采用純壓式上行注漿法，采用群孔注漿方式，注漿前如遇泥質(zhì)水，不準隨意排放。

（2）注漿應(yīng)用單液水泥漿和適量尾砂，水泥用325普通硅酸鹽水泥，生產(chǎn)日期25天內(nèi)為佳。初凝4小時，終凝12小時。

（3）單孔注漿量達250L/min以上，輸漿管流速5m/s，內(nèi)徑32.5mm。注漿前先進行壓水，時間20～30分鐘，壓力達5MΡa以上。

（4）漿液重量配比采用四級漿液，Ⅰ級為2（水）∶1水泥；Ⅱ級為1.5（水）∶1水泥；Ⅲ級為1（水）∶1水泥；Ⅳ級為0.8（水）∶1水泥。

（5）漿液的應(yīng)用、轉(zhuǎn)換、過程控制和結(jié)束標準。①起始濃度的應(yīng)用。當(dāng)10m3/h≤鉆孔涌水量＜50m3/h，起始注漿濃度采用Ⅰ級為2（水）∶1水泥；當(dāng)50m3/h≤鉆孔涌水量＜100m3/h，起始注漿濃度采用Ⅱ級為1.5（水）∶1水泥；當(dāng)100m3/h≤鉆孔涌水量＜200m3/h，起始注漿濃度采用Ⅲ級為1（水）∶1水泥；當(dāng)鉆孔涌水量≥200m3/h，起始注漿濃度采用Ⅳ級為0.8（水）∶1水泥。②注漿濃度的轉(zhuǎn)換。起始濃度連續(xù)注入60分鐘后，壓力耗漿量無變化時，改用上一級的濃度；改用上一級連續(xù)注漿60分鐘后，壓力耗漿量無變化時，改用上一級的濃度；其中Ⅲ級為1（水）∶1水泥為主要應(yīng)用漿液，三級漿液大于100t后改用Ⅳ級漿液。③注漿結(jié)束標準?？卓趬毫Α?MPa以上；單位耗量＜50L/min；以上兩項同時達到使連續(xù)注漿30分鐘后可以結(jié)束注漿。④過程控制。（a）注漿過程必須連續(xù)，不得中斷，如水泥消耗量達200t以上，仍然不起壓，應(yīng)停下間歇注漿，間歇前應(yīng)壓20分鐘清水，停8小時后繼續(xù)注漿，此時考慮增加10%的尾砂用量。（b）注漿時要根據(jù)壓力變化適時地調(diào)整給漿量，防止突然升壓堵塞進漿通道，達到不應(yīng)有的擴散半徑。（c）注漿結(jié)束后，同時關(guān)閉孔口閘閥，實施孔內(nèi)保壓，關(guān)閉閘閥和停泵應(yīng)同時進行，以防漿液回流或管內(nèi)瞬間高壓。（d）關(guān)閉閘閥后應(yīng)繼續(xù)觀察記錄孔口壓力表的失壓過程，每5分鐘記錄一次，直至失壓為零時，注漿人員方可撤離現(xiàn)場。

5.2.4 注漿時應(yīng)做好資料的記錄

（1）注漿前鉆孔的涌水量、涌水位置、水壓、顏色。

（2）每次注漿的起止孔深。

（3）壓水情況。

（4）注漿液配比和轉(zhuǎn)換使用情況。

（5）注入量：注漿注入量和水泥消耗量，每小時記錄一次。

（6）注漿壓力每60分鐘記錄一次。

（7）注意觀察各孔之間是否有跑漿和互串現(xiàn)象。

6 結(jié)語

徐樓鐵礦采用上述的近礦體帷幕注漿進行防治水施工后，有效阻止含水層和隔水層的水力聯(lián)系，控制涌水量在120m3/h以內(nèi)，對礦山開采順利進行提供了條件。目前礦山已順利達到40萬t/a的生產(chǎn)能力。有效保護了地下水資源，沒有影響潛水水位，預(yù)防了礦山開采引起的地質(zhì)災(zāi)害。因此，對于涌水較大的金屬礦山有很強的借鑒作用。在目前水資源嚴重缺乏的時代，值得礦山企業(yè)推廣，保護水資源具有重大而深遠的意義。

Application of curtain grouting near orebody in mine water control project

By adopting curtain grouting near orebody to block against water in mining heavily watered metallic mine,the water inrush was effectively decreased,and the better effect of water control was obtained.

curtain grouting near orebody;decrease water discharge;prevent geologic hazard;protecting water resource

1672-609X（2010）06-0018-03

TD743

B

2010-04-14

劉道仁（1974-），男，湖北房縣人，工程師，從事采礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作。