化學(xué)注漿技術(shù)在礦山涌水治理中的應(yīng)用

楊國(guó)華

摘要：本文主要通過望兒山金礦20中段化學(xué)注漿堵水的成功案例，向讀者介紹化學(xué)注漿的原理，以及化學(xué)注漿堵水技術(shù)在礦山涌水治理、改善井下作業(yè)環(huán)境、減少礦山安全生產(chǎn)隱患中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：化學(xué)注漿；技術(shù)原理；礦山涌水治理；安全

1、工程現(xiàn)狀

望兒山礦區(qū)20中段運(yùn)輸大巷目前開拓至14線，已完全揭露富水區(qū)域。隨著20中段富水區(qū)域的揭露，該中段涌水量劇增，給礦區(qū)排水帶來較大壓力，增加了礦區(qū)排水費(fèi)用。并且因富水區(qū)域涌水量大、水溫高，導(dǎo)致20中段南大巷水汽大、溫度高、空氣濕熱稀薄、能見度低，作業(yè)條件極差；嚴(yán)重影響了望兒山礦區(qū)20中段開拓進(jìn)度及深部探礦工作的開展。此外巷道內(nèi)電纜、電線及其他電氣設(shè)備也極易被腐蝕損壞，造成礦山安全用電隱患，并增加電氣設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。為改善望兒山礦區(qū)20中段作業(yè)環(huán)境，減少礦區(qū)安全生產(chǎn)隱患，降低礦區(qū)排水成本，減小礦區(qū)排水壓力。

2、礦床水文地質(zhì)特征

自2000年以來，經(jīng)過對(duì)望兒山金礦開拓過程中水文地質(zhì)條件研究，總結(jié)望兒山礦區(qū)水文地質(zhì)條件如下：

2.1 西部隔水邊界

焦家斷裂為礦床西部隔水邊界，因?yàn)榻辜覕嗔殉傻V后表現(xiàn)為壓扭性斷裂，主構(gòu)造面相對(duì)封閉，隔水性好。西側(cè)上盤主要是片理發(fā)育的變質(zhì)巖系，東側(cè)則主要是脆性較大的花崗巖體。焦家金礦涌水量小，平均氯離子濃度較高；望兒山金礦涌水量大，平均氯離子濃度較低。

2.2 東部隔水邊界

望兒山斷裂（F1）為礦床東部隔水邊界，其為焦家斷裂的一條支斷裂，與焦家斷裂延伸方向相近，成礦后總體表現(xiàn)為壓扭性，主構(gòu)造面相對(duì)封閉，隔水性較好。礦坑涌水主要來自上盤，而下盤為較完整的黑云母花崗巖，涌水量不大，且易于疏干。

2.3 北部隔水邊界

望兒山金礦北2km的河西金礦，開拓深度750m，豎井日出水量不到1000方。2005年4月份的新城金礦水文孔觀測(cè)水位-340m，比本礦同期井下水位低（-250m），說明本礦北部不遠(yuǎn)是分水嶺（零流量邊界）。

2.4 南部無明顯邊界

根據(jù)地表和鉆孔水位長(zhǎng)期觀測(cè)資料所作的等水位線圖來看，礦井疏排水形成的降落漏斗長(zhǎng)軸延伸向南，說明礦井南部為來水方向。

3、礦區(qū)20中段富水區(qū)域特點(diǎn)

望兒山20中段富水區(qū)域通過工程揭露主要非集中在18-14線之間，該富水區(qū)域四組EW向?qū)畼?gòu)造破碎帶（分別為Z1、Z2、Z3、Z4主導(dǎo)水構(gòu)造）與巷道右?guī)徒黃N向?qū)畼?gòu)造相互切割交匯組成，且富水區(qū)域內(nèi)張性節(jié)理極為發(fā)育，巖石較為破碎，頂板淋水較大。該富水區(qū)域穩(wěn)定涌水量約400m3/h，水溫38.5℃。

3.1 EW向?qū)畼?gòu)造破碎帶

根據(jù)深部中段工程揭露，在18線-14線之間發(fā)育4組EW向?qū)畼?gòu)造破碎帶。與主斷裂（F1）呈“山”字形發(fā)育，是該中段主要的低溫?zé)崴饕ǖ?。?gòu)造帶由一系列密集的張性破裂面構(gòu)成，裂隙形態(tài)多不規(guī)則，延伸較短，當(dāng)被揭露時(shí)，往往形成寬0.2-0.8米的裂縫，構(gòu)成出水點(diǎn)。依照揭露順序由北向南分別為“Z1、Z2、Z3、Z4”導(dǎo)水構(gòu)造。

3.2 SN向?qū)畼?gòu)造

于20中段南巷18-14線之間巷道右?guī)徒衣兑籗N向?qū)畼?gòu)造，該導(dǎo)水構(gòu)造近直立，構(gòu)造面較為光滑，涌水量較大，與該富水區(qū)域四組EW向?qū)畼?gòu)造破碎帶相互切割交匯。

4、注漿區(qū)域及注漿方法的選擇

本次注漿試驗(yàn)區(qū)域主要選擇在20中段14—16線之間，共兩個(gè)注漿區(qū)域，注漿區(qū)域包括Z3、Z4兩主導(dǎo)水構(gòu)造及其兩構(gòu)造之間的節(jié)理發(fā)育區(qū)，該次注漿試驗(yàn)區(qū)域核定工程量為263平方米，穩(wěn)定涌水量約為180 m3/h。

結(jié)合本次注漿區(qū)域涌水量大、節(jié)理、斷裂等構(gòu)造較為發(fā)育、巖石破碎的特點(diǎn)，通過對(duì)注漿材料及注漿工藝優(yōu)劣對(duì)比，本次注漿試驗(yàn)選擇進(jìn)行化學(xué)注漿。注漿材料為水溶性彈性聚氨酯材料。

5、化學(xué)注漿原理及優(yōu)點(diǎn)

本次注漿化學(xué)材料是由多氰酸酯和多羥基聚醚進(jìn)行化學(xué)合成的高分子注漿堵漏材料。該材料遇水后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成彈性膠狀固結(jié)體，從而達(dá)到很好的止水目的漿液遇水后自行分散、乳化、發(fā)泡，立即進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成不透水的彈性膠狀固結(jié)體，有良好的止水性能。反應(yīng)后形成的彈性膠狀固結(jié)體有良好的延伸性、彈性及抗?jié)B性、耐低溫性，在水中永久保持原形。

本次化學(xué)注漿利用機(jī)械高壓動(dòng)力，將化學(xué)材料裂縫中。聚氨酯灌漿材料進(jìn)入裂縫的深度與裂縫寬度相關(guān)：裂縫越寬，漿液流速越大，進(jìn)入裂縫就越深，灌漿效果越好。水溶性聚氨酯初始膨脹率能夠達(dá)到100%以上。當(dāng)漿液遇到裂縫中的水就會(huì)迅速分散、乳化、膨脹、固結(jié)，形成膠凝體以后，第一次膨脹消失，但具有很好的彈性，成為穩(wěn)定的類似止水橡皮的彈性體。這樣固結(jié)的彈性體填充所有裂縫，將水流完全地堵塞在結(jié)構(gòu)體之外，以達(dá)到止水堵漏的目的。水溶性聚氨酯堵漏劑堵漏施工的特點(diǎn)：水溶性聚氨酯與水作用后，產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)、發(fā)泡生成多元網(wǎng)狀封閉彈性體的特征，迅速膨脹堵塞裂縫，達(dá)到止水的目的。聚氨酯遇水后伴隨交聯(lián)反應(yīng)，釋放大量CO2氣體，產(chǎn)生二次滲壓，高壓推力與二次滲壓再次將彈性體壓入并充滿所有縫隙，達(dá)到止漏目的。

化學(xué)注漿的優(yōu)點(diǎn)：化學(xué)注漿設(shè)備及注漿材料簡(jiǎn)潔輕便，便于攜帶運(yùn)輸，可減少設(shè)備和材料的下放及運(yùn)輸成本，節(jié)約設(shè)備、材料倒運(yùn)時(shí)間；化學(xué)注漿膨脹性較好，堵水效果好，凝固時(shí)間可控；化學(xué)材料有較強(qiáng)的膨脹性和黏結(jié)性，對(duì)巖石的牢固性有一定加強(qiáng)作用，改善巖石條件；施工方便速度快，堵漏成功率高。

6、注漿效果及涌水量變化觀測(cè)

本次注漿工程結(jié)束后核定注漿面積為262平方米。注漿結(jié)束后注漿區(qū)域內(nèi)涌水量明顯減少，注漿堵水效果顯著，作業(yè)環(huán)境明顯改善。

本次注漿前后及工程施工期間，我們通過現(xiàn)場(chǎng)觀察水位變化情況進(jìn)行了詳細(xì)的涌水量觀測(cè)記錄。注漿后現(xiàn)場(chǎng)水位下降0.1m，現(xiàn)場(chǎng)淋水約10 m3/h，注漿區(qū)域內(nèi)涌水量減少170 m3/h，堵水率達(dá)到94.4%。此外我們對(duì)礦區(qū)水倉(cāng)排水時(shí)間進(jìn)行了詳實(shí)記錄。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)注漿工程結(jié)束后，20中段水倉(cāng)每日抽水時(shí)間減少4.52h，日涌水量減少約4080m3；每年可節(jié)約排水成本160萬元。

此外注漿結(jié)束后兩周內(nèi)20中段南大巷氣溫由原來40.5℃降低至33.8℃，南大巷內(nèi)水汽明顯減少，巷道內(nèi)可見度大幅提升，作業(yè)環(huán)境得到明顯改善，降低安全隱患風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)語

此次化學(xué)注漿的成功改善了20中段作業(yè)環(huán)境，減少礦區(qū)安全生產(chǎn)隱患，降低礦區(qū)排水成本，減小礦區(qū)排水壓力，為礦區(qū)深部中段涌水治理工作積累了經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也為同類地質(zhì)條件下的礦山涌水治理工作提供理論參考和實(shí)踐依據(jù)。endprint