馬城鐵礦4#回風(fēng)井高角度裂隙注漿技術(shù)

摘 要：課題參考國內(nèi)外富水礦山高角度裂隙地層治水方案，并結(jié)合馬城鐵礦4#回風(fēng)井工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，確立治理礦井涌水方案。通過類比、研究各種注漿實(shí)例，并結(jié)合4#回風(fēng)井實(shí)際情況，確立了注漿施工工藝、施工設(shè)備、技術(shù)要求及質(zhì)量保障措施，明確了施工過程中特殊情況的處理方法、施工監(jiān)測手段和方法及工程質(zhì)量管理保障措施。

關(guān)鍵詞：富水礦山；高角度裂隙；注漿；保障措施

馬城鐵礦4#回風(fēng)井高角度裂隙注漿技術(shù)研究課題，在地質(zhì)勘查報(bào)告提供的礦山工程地質(zhì)以及水文地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，針對馬城高角度裂隙地層的實(shí)際情況，并參照其他注漿施工經(jīng)驗(yàn)豐富的礦山實(shí)例，確定采用地面預(yù)注漿技術(shù)對馬城鐵礦4#回風(fēng)井進(jìn)行注漿堵水、治水。具體分析了地面預(yù)注漿技術(shù)的作用方式以及作用機(jī)理，確定了地面預(yù)注漿的基本參數(shù)，選取了相應(yīng)的注漿設(shè)備以及漿液材料。依據(jù)設(shè)計(jì)施工技術(shù)要求，制定了地面預(yù)注漿質(zhì)量保障措施。針對注漿施工過程中可能出現(xiàn)的串漿、注漿中斷等特殊情況，制定了相應(yīng)的處理方法。根據(jù)施工所需的設(shè)備，確定了注漿施工過程的監(jiān)測手段與方法。注漿結(jié)束后，對注漿效果進(jìn)行分析。

1 漿液的制備

1.1 制漿流程及技術(shù)要求

制漿過程主要分為以下幾步：首先，將購買或者挖采的黏土堆排在放置黏土的場地，然后將水和黏土混入制漿機(jī)進(jìn)行制漿，并將制備好的漿液儲(chǔ)備在儲(chǔ)漿池內(nèi)。其次，在使用黏土漿液之前，要運(yùn)轉(zhuǎn)儲(chǔ)漿池讓漿液不斷旋轉(zhuǎn)，一直處于懸浮狀態(tài)，并量取黏土比重，按設(shè)計(jì)要求制造成原始黏土漿液，比重1.15～1.20。注漿時(shí)，隨時(shí)用比重計(jì)和粘度計(jì)測量基漿的比重和黏度。

1.2 材料技術(shù)要求

為保證漿液各項(xiàng)性能滿足施工技術(shù)要求，對漿液的流動(dòng)性、凝結(jié)時(shí)間等特性參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測。按照規(guī)范要求對漿液密度、流動(dòng)性、凝結(jié)時(shí)間應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場測試，測試結(jié)果應(yīng)滿足規(guī)范和施工要求。

1.3 水泥單漿液配制

水泥單漿液是由水泥和水按照一定的比例調(diào)配的漿液，如果想要增加早期的強(qiáng)度減少掩護(hù)所需時(shí)間，可以在漿液中添加一定量的早強(qiáng)劑，這樣也可以大大增加注漿的效率。

1.4 黏土綜合漿液配制

黏土綜合漿以比重為1.15～1.20g/cm3黏土漿為基漿，通過改變水泥增加量調(diào)整漿液濃度。

1.5 漿液質(zhì)量保證措施

為了保證控制漿液質(zhì)量，在集中制漿站，設(shè)有漿液檢測的專用實(shí)驗(yàn)室，由實(shí)驗(yàn)室專業(yè)檢驗(yàn)人員對漿液的密度、漿液的黏度、漿液的析水率、制備漿液的時(shí)間、漿液的溫度等與漿液質(zhì)量息息相關(guān)的要素進(jìn)行檢驗(yàn)和登記。

2 注漿工藝及技術(shù)要求

2.1 注漿壓力

根據(jù)場區(qū)巖石特性、水文地質(zhì)特點(diǎn)、井筒注漿施工規(guī)范及本地區(qū)的注漿施工成功案例，對于巖帽注漿階段的注漿壓力可設(shè)置為1.5～2.0倍的靜水壓力；綜合漿液注漿階段的注漿壓力選取為靜水壓力的3.0倍。

2.2 漿液濃度的變換原則

遵循先用稀釋的漿液，再用粘稠的漿液，最后再用稀釋漿液的原則，如果地層的斷層和破裂帶較多時(shí)，要選用小注漿階段高度、將漿液分多次注入且每次的注入量不應(yīng)過大，漸漸增加注漿的壓力。

2.3 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)4#回風(fēng)井的基巖條件，結(jié)合《礦山帷幕注漿技術(shù)規(guī)范》（試行版）和《礦山井巷工程施工規(guī)范》，制定本工程注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：如果漿液為水泥漿時(shí)，在漿液注入速度小于50L/min或者注漿的壓力到達(dá)壓力最大值時(shí)，要堅(jiān)持用相同的壓力向鉆孔內(nèi)壓入濃度較小的漿液30～45min后，才能中斷此孔段的注漿工作。如果漿液為黏土綜合漿時(shí)，在漿液注入速度小于100L/min或者注漿的壓力到達(dá)壓力最大值時(shí)，要堅(jiān)持用相同的壓力向鉆孔內(nèi)壓入濃度較小的漿液30～45min后，才能中斷此孔段的注漿工作。

2.4 封孔

當(dāng)注漿過程結(jié)束時(shí)，必須對沒有特別作用的鉆孔結(jié)實(shí)的回填、嚴(yán)密的封孔。選取孔口封閉，井內(nèi)循環(huán)的方法進(jìn)行封孔?？ㄈ恢镁嗫卓?～10m處。回填封孔的材料為濃度是0.5：1純水泥漿液?；靥罘饪讜r(shí)地表壓力必須處在1.2～2Mpa之間，當(dāng)注漿速率不大于25L/min時(shí)結(jié)束注漿。

2.5 注漿中斷的處理

（1）屬于機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)故障者。當(dāng)條件允許，可以快速完成檢查修理任務(wù)時(shí)，馬上維修爭取在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)注漿；當(dāng)條件不允許，不可以快速完成檢查修理任務(wù)時(shí)，應(yīng)該馬上更換備用的注漿設(shè)備。（2）當(dāng)注漿管損壞不能正常工作時(shí)，要馬上更換注漿管，爭取在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)注漿。（3）屬于儀表失靈者。換用性能良好的儀表。（4）如果遇到注漿中斷時(shí)間較短，可以很快恢復(fù)注漿的情況，且所注漿液為低濃度漿液，注漿發(fā)生中斷之前已經(jīng)注入大量的漿液注入率時(shí)，允許不對鉆孔進(jìn)行清洗，直接繼續(xù)注漿。（5）如果遇到注漿中斷較長，且沒有馬上清洗鉆孔的情況，應(yīng)該對已經(jīng)沉淀的漿液進(jìn)行清掃，然后再次注漿。

2.6 注漿質(zhì)量保證措施

（1）注漿計(jì)量準(zhǔn)確性的保證措施。選取自動(dòng)記錄儀對壓水試驗(yàn)過程中的流量和壓頭進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)測，并且每15天對該儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。對測量注漿流量的傳感器以及測量注漿壓力的傳感器，每15天也應(yīng)當(dāng)有專門人員進(jìn)行校準(zhǔn)，如有問題要及時(shí)修理。（2）止?jié){塞止?jié){效果的保證措施。在上一個(gè)注漿階段的頂部偏上3～4m地質(zhì)條件較好的井壁上放置止?jié){塞。放置止?jié){塞的過程中應(yīng)該將其長度以及個(gè)數(shù)精確統(tǒng)計(jì)匯總。止?jié){塞放置在指定地點(diǎn)后，向鉆孔里充入潔凈的水，觀察止?jié){效果。（3）連續(xù)注漿保證措施。在注漿之前，一定要查看注漿原料的貯存量，一定要對制造漿液的機(jī)器設(shè)備、注漿所需的管路、注漿所需設(shè)備采取校準(zhǔn)。一旦發(fā)生忽然斷電的情況，應(yīng)該馬上更換備用發(fā)電機(jī)。（4）注漿管密封性。挑出已不能使用的止?jié){塞，將質(zhì)量絕對過關(guān)的止?jié){塞連接在一起，在兩個(gè)止?jié){塞的接口處纏繞麻繩、并且刷專用密封漆進(jìn)行密封。

3 施工檢測監(jiān)控手段與方法

（1）在施工過程中，為保證鉆孔垂直度，采用JDT-6陀螺測斜儀進(jìn)行孔斜監(jiān)測，測斜點(diǎn)之間間距設(shè)置為1000mm，也可以根據(jù)實(shí)際情況對測斜點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募用芑蛘叽蚴?，再將?jīng)精確計(jì)算后的觀測數(shù)據(jù)呈現(xiàn)于注漿鉆孔偏斜平面圖上，并根據(jù)偏斜情況，進(jìn)行相應(yīng)的糾偏對策，為了保證注漿的施工質(zhì)量，必須達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求之后，才可以進(jìn)行下管注漿。糾斜采用垂直鉆孔陀螺偏心糾斜法及相關(guān)裝置。（2）漿液質(zhì)量檢測監(jiān)控。建立漿液質(zhì)量監(jiān)測試驗(yàn)室，并配備專業(yè)技術(shù)人員，依照質(zhì)量控制及試驗(yàn)技術(shù)規(guī)程，在漿液配置過程中，進(jìn)行漿液配比、密度、稠度、溫度及初終凝時(shí)間等方面的試驗(yàn)分析并記錄。（3）漿液過程檢測監(jiān)控。在礦山地面預(yù)注漿工程實(shí)施過程中，注漿質(zhì)量直接決定整個(gè)工程的質(zhì)量。因此，為了確保地面預(yù)注漿的質(zhì)量，采用智能化制漿、注漿系統(tǒng)對整個(gè)注漿過程進(jìn)行監(jiān)測。通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，可對注漿施工進(jìn)行全過程監(jiān)測，精確控制漿液材料的用量，準(zhǔn)確配制不同水固比的漿液，并詳細(xì)連續(xù)記錄注漿壓力、漿液流量等技術(shù)參數(shù)，保證了漿液性能和注漿質(zhì)量。

4 注漿效果

該課題成果實(shí)現(xiàn)了馬城鐵礦4#回風(fēng)井治水目的。注漿結(jié)束后，經(jīng)壓水實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，4#回風(fēng)井注漿后預(yù)計(jì)井筒涌水量為1.94m3/h，堵水率為95%，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，能夠滿足井建單位施工的需要。同時(shí)，豐富了我國地下礦山高角度裂隙地層治水技術(shù)和理論，具有重要的標(biāo)榜作用和推廣價(jià)值，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。

5 結(jié)束語

根據(jù)馬城鐵礦4#回風(fēng)井的實(shí)際工程情況，確定馬城鐵礦4#回風(fēng)井地面預(yù)注漿的基本技術(shù)參數(shù)。井筒周圍鉆孔的布置情況、地面預(yù)注漿施工采用的漿液材料、施工設(shè)備的選擇、施工中特殊情況的處理以及施工過程的檢測檢驗(yàn)都對地面預(yù)注漿的堵水、治水效果有很大影響。