礦山帷幕注漿中巖溶地層施工的研究

帷幕注漿一直是處理礦山地質(zhì)問題尤其是溶洞和節(jié)理裂隙問題的有效方法，國內(nèi)外學(xué)者也對(duì)帷幕注漿中存在的問題進(jìn)行了深刻的研究。本文通過介紹帷幕注漿工藝的概念和施工流程，對(duì)施工工藝要點(diǎn)進(jìn)行了分析，并以河北邢臺(tái)中關(guān)鐵礦的具體案例進(jìn)行分析，介紹了中關(guān)鐵礦在處理鉆探工藝、洗孔和壓水試驗(yàn)、注漿工藝、止?jié){塞安放、注漿段長控制、封孔、大溶洞和大裂隙這幾大問題方面采取的具體措施。對(duì)于巖溶地區(qū)的礦山帷幕注漿施工有一定參考價(jià)值。

緒論

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，采礦工程項(xiàng)目數(shù)量和規(guī)模也不斷擴(kuò)大。礦山環(huán)境問題一直是采礦工程的難點(diǎn)，尤其遇到特殊的地質(zhì)現(xiàn)象（如巖溶地貌），這將給采礦作業(yè)帶來很大的困難。

為了有效地維護(hù)礦山環(huán)境，保護(hù)礦山水資源，通常采用帷幕注漿的方式對(duì)礦山進(jìn)行治水。通過高強(qiáng)水泥等物質(zhì)填充到巖體巖溶裂隙中，形成止水帷幕，從而隔斷礦山內(nèi)外的水循環(huán)。

本文針對(duì)礦山環(huán)境問題和帷幕注漿的方法，論述了帷幕注漿工藝的定義和施工流程，并針對(duì)礦山環(huán)境特殊地層問題，提出了施工工藝的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。本文最后以河北邢臺(tái)中關(guān)鐵礦為例，論述了巖溶采空區(qū)帷幕注漿的處理方式，并對(duì)注漿效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

帷幕注漿工藝概況

1.帷幕注漿工藝的定義

帷幕注漿是通過高強(qiáng)度水泥混合物將巖體巖溶裂隙進(jìn)行填充，進(jìn)而切斷礦體內(nèi)外的水循環(huán)的人工活動(dòng)。帷幕注漿的工作原理是：通過在掌子面上進(jìn)行鉆孔，再利用高強(qiáng)度水泥漿液或混合漿液通過高壓注漿泵向鉆孔內(nèi)進(jìn)行灌注，通過向孔內(nèi)給壓使?jié){液填充到巖體的巖溶裂隙中，待漿液凝固后就形成了止水帷幕，從而為采礦工程提供了良好的施工基礎(chǔ)。

2. 帷幕注漿施工流程

礦山帷幕注漿特殊地層施工工藝要點(diǎn)分析

1.做好帷幕注漿相關(guān)準(zhǔn)備工作

首先，應(yīng)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)勘察，并獲取當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和水文數(shù)據(jù)；其次，招標(biāo)專業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)帷幕注漿的施工圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)，再嚴(yán)格按照采礦標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行審核；最后，對(duì)施工材料進(jìn)行調(diào)查和選取，尤其水泥一定要符合高強(qiáng)度和高標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.鉆孔作業(yè)

（1） 放線作業(yè)。利用全站儀和GPS技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，允許孔位的偏差在0.5m以內(nèi)，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)核對(duì)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和有效性。（2） 鉆孔技術(shù)和工藝選擇。選取較大直徑的鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)，盡可能的揭露更多的裂隙。（3）鉆進(jìn)過程中要控制好鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速和壓力表壓力保證鉆孔的垂直度。

3.帷幕注漿特殊地層施工工藝要點(diǎn)

（1） 注漿參數(shù)控制。對(duì)于復(fù)雜的地質(zhì)狀況，應(yīng)嚴(yán)格按照三序次注漿法進(jìn)行注漿；在注漿方式上，一般采用自上而下邊鉆進(jìn)邊注漿的方式，注漿長度控制在30～50m內(nèi)。對(duì)于采礦地質(zhì)復(fù)雜的地段，注漿壓力通常采用逐級(jí)升壓法，同時(shí)要控制好注漿時(shí)間和注漿濃度的調(diào)整。（2） 做好漿液配置工作。為做好漿液的配置工作，對(duì)原材料的選擇應(yīng)該嚴(yán)格控制，如水泥、粉煤灰、尾礦砂、水玻璃等都需要按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行采購，再按照設(shè)計(jì)方案對(duì)漿液進(jìn)行配置。配置過程中要保證一次攪拌和二次攪拌的均勻性和穩(wěn)定性，并進(jìn)行除渣工作，最后確保安全輸送。（3） 驗(yàn)收。注漿完成后要對(duì)鉆孔的注漿效果進(jìn)行檢驗(yàn)。

工程實(shí)例—以河北邢臺(tái)中關(guān)鐵礦為例

1.工程概況

中關(guān)鐵礦位于河北省邢臺(tái)沙河市白塔鎮(zhèn)中關(guān)村附近，南距邯鄲市53km，北距邢臺(tái)市30km，鐵礦南北長2km，東西寬0.8km，礦體平均厚38m，埋深300～800m，總儲(chǔ)量9345萬噸。

中關(guān)鐵礦的地層條件復(fù)雜，并且存在巖溶地貌和采空區(qū)，施工難度很大，技術(shù)要求高，因此通過帷幕注漿方式進(jìn)行注漿，其中帷幕長度3397m，共設(shè)計(jì)270個(gè)注漿孔、20個(gè)觀測(cè)孔、34個(gè)檢查孔、36個(gè)加密孔，共360個(gè)鉆孔構(gòu)成，總進(jìn)尺深度為201906延米。

2.鉆探工藝

本次鉆探采用XY-4、XY-5、XY-44型號(hào)鉆機(jī)，通過泥漿護(hù)壁和正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，為了保障鉆孔質(zhì)量，在現(xiàn)場(chǎng)勘查的基礎(chǔ)上采用50m距離測(cè)一次孔斜，孔斜率不超過6‰，及時(shí)糾正孔的偏度。另外，通過灌漿試驗(yàn)設(shè)計(jì)最適宜的孔距，既要保證孔液彼此銜接，又要避免孔的重疊過多，達(dá)到效益最大化。

3.洗孔、壓水試驗(yàn)

在進(jìn)行壓水試驗(yàn)之前，需要利用水泵對(duì)孔內(nèi)孔壁和巖粉進(jìn)行沖洗，在確?；厮吻搴螅M(jìn)行壓水試驗(yàn)以便了解巖層之間的滲漏情況。若孔出現(xiàn)漏水，則需要連續(xù)沖洗20min。并對(duì)各巖層的吸水量進(jìn)行記錄。試驗(yàn)中采用單點(diǎn)法壓水，水壓力采用1.5～2MPa，每隔2min進(jìn)行一次流量和壓力值的記錄，在水壓力穩(wěn)定后，若連續(xù)三次流量讀數(shù)最大差值小于平均流量的10%，或者最大差值小于1L/min，那么即可停止試驗(yàn)，最后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果合理配置起始漿液水灰比。

4.注漿工藝

由于中關(guān)鐵礦地質(zhì)的復(fù)雜性，本次灌注采用分段灌注，自上而下和自下而上相結(jié)合的方法進(jìn)行施工，灌注鉆桿采用42mm鉆桿進(jìn)行注漿，下面將對(duì)具體施工過程中需要注意的工藝進(jìn)行分析。

（1）止?jié){塞安放

止?jié){塞安放位置應(yīng)在較完整的地層，并且需要距離待注漿段2～3m，這樣有利于各個(gè)孔的重復(fù)注漿，進(jìn)一步保障注漿質(zhì)量，施工中避免將止?jié){塞安裝在灌漿頂板下部，出現(xiàn)地段嚴(yán)重灌漏的現(xiàn)象。

（2）注漿段長控制

當(dāng)灌漿壓力不變時(shí)，注漿段越長，作用于鉆孔某點(diǎn)的灌漿壓力越小，從而灌漿半徑也變小，帷幕墻的范圍將受到影響。根據(jù)2005年中關(guān)鐵礦對(duì)注漿段長的試驗(yàn)結(jié)果，注漿段長應(yīng)控制在30m左右，根據(jù)透水性的強(qiáng)和弱，相應(yīng)縮短和延長注漿段長。

（3）灌漿壓力

注漿壓力的大小與很多因素有關(guān)，如孔深、巖性、地下水埋深等。由于中關(guān)鐵礦孔深較大，巖性不一，巖溶地貌普遍存在，因此壓力控制采用雙控式，即在泵頭部位安裝帶隔漿緩沖器的防震壓力表；在回漿管上安裝壓力計(jì)。

本次灌漿壓力為水頭壓力的2倍左右。根據(jù)前期工作的勘察資料，設(shè)計(jì)了各個(gè)注漿段的注漿壓力表如表1所示。

（4）封孔

封孔采用有壓封孔，將止?jié){塞安放在距離孔口的5.0～10.0m處。封孔所需的注漿液需要單獨(dú)配置，本次采用0.5：1的純水泥漿液。封孔注漿過程中，保持地表壓力1.5MPa不變，當(dāng)流量小于30L/min時(shí)，停止注漿，封孔結(jié)束，最后進(jìn)行填平工作。

5.大溶洞和大裂隙的處理

首先，通過洗孔、壓水試驗(yàn)對(duì)大溶洞和大裂隙進(jìn)行清洗；其次，配置高濃度漿液，若仍采用高壓注漿，會(huì)造成漿液擴(kuò)散半徑變大，造成漿液浪費(fèi)，因此針對(duì)大溶洞和大裂隙的注漿，應(yīng)該降低壓力；最后由于溶洞和裂隙較大，需要時(shí)間凝固，因此需要采取間歇注漿的方法，當(dāng)注漿時(shí)間超過8h后，應(yīng)當(dāng)停止一定時(shí)間，待漿液凝固一段時(shí)間后再次注漿。

結(jié)語

總而言之，礦山地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性、溶洞和節(jié)理裂隙隱蔽性都給采礦工程帶來較大的難度，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，帷幕注漿可以較好的解決溶洞和節(jié)理裂隙的難題。本論文首先解釋了帷幕注漿工藝的概念，介紹了帷幕注漿的施工流程，并對(duì)施工工藝要點(diǎn)進(jìn)行了分析。論文最后通過河北邢臺(tái)中關(guān)鐵礦的具體案例進(jìn)行分析，闡述了實(shí)際工程中所應(yīng)用發(fā)方法，該實(shí)例鮮明的證明了帷幕注漿方法的合理性，具有一定參考價(jià)值。