壁后注漿在寶山鉛鋅礦箕斗主井施工中的應(yīng)用

劉陽平,閆黎宏，王少文

(湖南漣邵建設(shè)工程( 集團(tuán)) 有限責(zé)任公司， 湖南 婁底市 417000)

1 工程概況

寶山鉛鋅礦區(qū)位于有色金屬之鄉(xiāng)的湖南省郴州市桂陽縣城區(qū)寶嶺山。該礦箕斗主井設(shè)計(jì)井筒凈直徑4.50 m，井口標(biāo)高+402 m，井底標(biāo)高-430 m，井筒全深832 m。

寶山礦區(qū)處于南嶺東西向構(gòu)造帶北緣，耒陽-臨武南北向構(gòu)造帶中段，構(gòu)造地質(zhì)條件比較復(fù)雜。處于寶嶺向斜的南翼，其間一逆斷層F38穿過，走向與寶嶺向斜一致，傾角75°～80°。根據(jù)鉆孔揭露，出露地層反復(fù)出現(xiàn)，另外還穿過一斷層破碎帶；巖石裂隙節(jié)理較發(fā)育，部分巖層風(fēng)化很強(qiáng)烈，并且發(fā)育有多處溶洞。井筒內(nèi)白云巖、灰?guī)r為主要的強(qiáng)透水層，其它各層均為弱透水層。斷層破碎帶為本場地內(nèi)地下水的主要連通帶水層，井筒內(nèi)多處有溶洞及裂隙?；肪┕み^程中，-240 m以下多次出現(xiàn)出水和突水，最大涌水量達(dá)95.4 m3/h，總排水量達(dá)75313 m3。井筒施工至標(biāo)高從+315 m至+296 m涌水量呈一個增長態(tài)勢發(fā)展，判斷為溶洞裂隙存積水，此段注漿段高為35 m，消耗水泥159.65 t。標(biāo)高+262.3 m處，在井筒東北方向離井筒中心點(diǎn)2 m位置出現(xiàn)一個出水點(diǎn)，涌水量達(dá)到16.33～19.89 m3/h，水有時大時小現(xiàn)象，沒有壓力，在此處進(jìn)行第二次工作面注漿，注漿段高為35 m，消耗水泥125 t。在井筒+203 m放炮之后出現(xiàn)了150 m3/h的強(qiáng)涌水，出水位置在井筒正南邊+203.7 m井壁裂隙上，為黃色泥沙漿水，井底實(shí)測穩(wěn)定涌水為25 m3/h，說明水為溶洞里有限的存積水，本次共排水2.38萬m3，在此進(jìn)行第三次工作面注漿堵水，注漿段高為45 m ，歷時26 d，消耗水泥103 t。

2 壁后注漿施工

2.1 注漿材料及設(shè)備選擇

注漿材料采用水泥-水玻璃雙液漿，水玻璃模數(shù)M為2.8～3.1，水玻璃溶液濃度為35～4OBe，水泥漿水灰比W/C為0.75∶1 (重量比)，水泥漿:水玻璃為1:1 (體積比)，注漿壓強(qiáng)為2～6 MPa，漿液擴(kuò)散半徑為0.5～1.3 m。

注漿設(shè)備選擇ZBQ50/6風(fēng)動注漿泵，其參數(shù)為：額定流量50 L/min，額定工作壓力6 MPa。注漿孔口管采用長1～1.5 m的鋼管，鋼管頭部200～300 mm，車成魚鱗竹節(jié)狀，頭部端頭車絲安裝高壓閘閥，尾端300 mm左右周邊鉆孔，作為漿液泄出孔。

2.2 注漿參數(shù)確定

(1) 漿液的擴(kuò)散半徑。注漿過程中，漿液的擴(kuò)散范圍是不規(guī)則的，但是注漿過程中，注漿壓力、注入量和漿液濃度等參數(shù)可以由人為控制和調(diào)整，以控制漿液的擴(kuò)散范圍。通常情況下，含水層裂隙開度為5～40 mm時，漿液有效擴(kuò)散半徑為5～9 m，結(jié)合多年井筒工作面預(yù)注漿的施工經(jīng)驗(yàn)，采用單液水泥漿，擴(kuò)散半徑可按5 m計(jì)算。

漿液擴(kuò)散過程中把鉆孔周圍一定范圍內(nèi)的水?dāng)D走，并使相鄰鉆孔的漿液及周圍的巖體固結(jié)成一體，達(dá)到固結(jié)圍巖和止水效果。采用鉆1段、注1段的鉆、注交替方式進(jìn)行鉆孔注漿施工。每次鉆孔注漿分段長度3～5 m。前進(jìn)式分段注漿可采用水囊式止?jié){塞或孔口管法蘭盤進(jìn)行止?jié){。

(2) 注漿壓力。壁后注漿壓力一般應(yīng)稍大于注漿管道阻力和靜水壓力為宜，同時必須小于井壁能夠承受的壓力。根據(jù)《采礦工程設(shè)計(jì)手冊》中有關(guān)規(guī)定，結(jié)合注漿位置，確定注漿壓力為3.6～4.6 MPa。

(3) 注漿孔布置及要求。由于井壁接茬多，巖石裂隙發(fā)育，淋水嚴(yán)重且沒有大的出水點(diǎn)，故采用密孔法，“五花”式深淺孔配合布孔法，依次開孔，先用深孔放水泄壓，再用淺孔低壓注漿，以加固井壁及圍巖，最后用深孔高壓注漿封水。對于集中出水點(diǎn)漏水處采用直接造孔。

布置注漿孔時應(yīng)使相鄰的兩個孔固結(jié)漿液的徑向分布有一定程度的交叉，使多余的漿液部分充填結(jié)構(gòu)體間的空隙?？组g距參數(shù)決定著堵水的效果。注漿孔布置一般間排距3 m, 出水點(diǎn)較多的部位布孔間排距為2 m。注漿孔深度控制在1～2 m 之間，深孔數(shù)控制在總孔數(shù)的1/3?？椎呐帕蟹绞揭话阌邪葱信帕泻腿切闻帕袃煞N(見圖 1)。

圖1 注漿孔布置示意

2.3 注漿原則

(1) 先淺后深，先固后注。針對寶山礦立井的實(shí)際情況，壁后注漿的施工順序應(yīng)根據(jù)含水層的厚度分段進(jìn)行，對漏水段較長的井筒，應(yīng)由下而上逐段進(jìn)行。分段進(jìn)行淺孔注漿以改善圍巖結(jié)構(gòu)，避免遇水膨脹變形，提高其自身抗壓強(qiáng)度，最后使注漿孔以井筒為中軸自下而上實(shí)施壁后深孔注漿，實(shí)現(xiàn)堵水加固圍巖的目的。

(2) 注泄結(jié)合，充分注漿。無論淺孔注漿還是深孔注漿，為保證加固圍巖和封堵水體的效果，以及井壁的安全，必須在對注漿孔注漿的同時，周邊設(shè)置泄壓排水孔。

(3) 注漿孔的數(shù)量根據(jù)堵水需要確定，各注漿孔的有效擴(kuò)散半徑應(yīng)相交，注漿孔一般應(yīng)錯開排列，均勻布置。

(4) 壁后注漿的壓力宜比靜水壓大4～6 MPa，在巖石裂隙中的注漿壓力可適當(dāng)提高。

2.4 壁后注漿工藝流程

風(fēng)鉆開孔至孔深時，安裝孔口管→安設(shè)高壓閥門→用Φ32 mm鉆頭從閥門內(nèi)套孔穿透外壁進(jìn)入注漿層位→關(guān)閉閥門并連接好注漿設(shè)施→打開閥門→開啟注漿泵進(jìn)行壓水→注入一定漿液后封孔→關(guān)閉閥門→換孔。待漿液養(yǎng)護(hù)一段時間后，檢查孔口是否漏水，如有漏水,再從閥門內(nèi)套孔復(fù)注，直到達(dá)到堵水要求。

2.5 注漿施工

注漿前必須進(jìn)行靜水壓力測定、壓水沖孔、耐壓試驗(yàn)。

沿裂隙位置用風(fēng)鉆配Φ42 mm鉆頭打3個以上眼(包括導(dǎo)水孔)，眼位盡量錯開，眼深1～1.5 m，鉆孔必須穿過裂隙面并打出水來，采用紗布將孔口管纏緊打入眼中并安裝好高壓閘閥。其中一個孔注漿，另外幾個孔高壓閥全部打開泄水。

先將注漿軟管連接到涌水量最大的孔口管注漿，其它孔高壓閥打開泄水，先注清水沖洗裂隙面，然后，再注漿，當(dāng)其它孔出漿后(其中至少一個出全漿)，立即停止注漿并關(guān)閉高壓閥，迅速將注漿軟管與涌水量較小的孔口管高壓閥連接并注漿，依此順序進(jìn)行，直到最后一個孔，當(dāng)最后一個孔出全漿，且漿液濃度不再變稀時，靜注5～8 min，同時緩慢關(guān)閉高壓閥，并觀測巷壁承壓情況，如巷壁有變形，應(yīng)立即迅速再打開高壓閥泄壓，繼續(xù)靜注，直到巷壁穩(wěn)定，再緩慢關(guān)閉閘閥，結(jié)束注漿。

注漿時應(yīng)控制注漿壓力，先小后大，同時注意觀測井壁承壓情況，注漿效果不佳時，可在漿液中摻加鋸木灰等封堵裂隙。

注漿濃度從小到大。根據(jù)孔口進(jìn)漿量，調(diào)節(jié)注漿機(jī)流量，控制進(jìn)漿的速度。對于注入漿液的流量，通過吸漿閥門和吸水閥門的調(diào)節(jié)來控制。

淋水段及有涌水出水點(diǎn)的巷道注漿前必須先將巷道支護(hù)好再注漿。支護(hù)前必須沿裂隙打眼，插入導(dǎo)管將水引出再支護(hù)，導(dǎo)管可使用注漿孔口管，采用紗布纏緊打入眼內(nèi)防止周邊漏水并裝高壓閘閥及軟管泄水。淋水段支護(hù)時，應(yīng)將支護(hù)厚度在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上加大，噴砼段應(yīng)改為錨網(wǎng)噴支護(hù)，以加大巷道支護(hù)承壓能力，有條件的可修改設(shè)計(jì)改用砼或鋼筋砼支護(hù)，支護(hù)前應(yīng)將裂隙位置觀測或標(biāo)記好，支護(hù)時應(yīng)確保導(dǎo)水管高壓閥外露至支護(hù)體以外。

2.6 注漿效果檢驗(yàn)

注漿結(jié)束后，根據(jù)注漿狀況，確定檢查孔位置。對檢查孔進(jìn)行檢查，檢查孔深不小于3 m。在已注漿段內(nèi)，進(jìn)行鉆孔檢查，發(fā)現(xiàn)注漿效果良好。為保證工程質(zhì)量，以獲得良好的封堵效果，應(yīng)從施工一開始，到注漿結(jié)束，對全過程的每一個孔都詳細(xì)記錄，對注漿效果的分析提供資料。然后對每個孔注漿中注漿壓力、流量、漿液濃度，吸水量的變化進(jìn)行分析，判斷注漿施工是否合格。

2.7 關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

(1) 注漿管和連接絲頭焊接必須牢固嚴(yán)密，防止因壓力過大而斷裂或漏漿。

(2) 孔口管長度為350～400 mm，全長做成到錐形馬牙口狀，安裝時保證孔口管在井壁上固定牢固。

(3) 造孔位置選擇在出水點(diǎn)周圍500 mm附近，不宜頂水造孔，防止因出水點(diǎn)附近混凝土結(jié)構(gòu)疏松導(dǎo)致孔口管固定不牢固。

(4) 造孔深度一般在1.5～2 m之間，對于水量較大的出水點(diǎn)，可加深注漿孔，加大隔水層厚度，在第一次注漿效果不明顯時，可二次套孔復(fù)注。

(5) 注漿作業(yè)前必須壓水沖孔、試壓，檢查孔口管和閥門固定情況。

(6) 注漿過程中根據(jù)進(jìn)漿量和注漿壓力的變化，調(diào)節(jié)進(jìn)漿濃度。

(7) 拌制好的單液漿放置時間不得超過2 h，添加膨脹劑后的漿液放置時間不得超過1 h。

(8) 注漿作業(yè)前，必須仔細(xì)研究各層位的地質(zhì)資料，以便確定注漿參數(shù)。在施工過程中，對含水層位在井壁上作出明顯標(biāo)志，以方便注漿作業(yè)。

3 結(jié) 論

(1) 實(shí)施壁后注漿后，該井筒內(nèi)的涌水量降至2 m3/h以下。實(shí)踐證明，井筒壁后注漿是一種有效的防治水方法，壁后注漿可有效的將地下含水層的涌水封堵于壁后，同時還可起到加固井壁的作用。

(2) 施工成本每延米單價減少1500元，經(jīng)濟(jì)效益非常明顯，并且新方案施工更加方便，提高了支護(hù)質(zhì)量，降低了維護(hù)成本，防治水質(zhì)量可以得到保障。

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