淺談水文地質(zhì)勘察及帷幕注漿在銅陵有色安慶銅礦深部礦區(qū)防治水工程中的應用

魏晨曦

（銅陵有色礦產(chǎn)資源中心，安徽 銅陵 244000）

安慶銅礦位于長江中下游鐵銅成礦帶中部，隸屬于銅陵有色金屬集團股份有限公司。東馬鞍山礦體位于安慶銅礦以東，東馬鞍山北部一帶，受三疊系下中統(tǒng)南陵湖組，月山組大理巖與閃長巖之間形成的矽卡巖接觸帶控制，沿東馬鞍山倒轉(zhuǎn)背斜的倒轉(zhuǎn)翼（即北翼和北西翼），作陡傾斜產(chǎn)出，為一隱伏的接觸交代矽卡巖型銅鐵礦床。礦體形態(tài)復雜，嚴格受接觸帶控制，總體是西高東低，呈階梯狀側(cè)伏，相關研究認為該處礦體周邊含水構造較發(fā)育且富水性較強。通過前期的水文地質(zhì)條件的研究，也證實了相關研究結論，特別是導水構造產(chǎn)狀、空間分布規(guī)律及富水性等性質(zhì)，這些都阻礙了礦區(qū)的開采與生產(chǎn)發(fā)展。為確保東馬鞍山礦體安全、經(jīng)濟、高效回采，最大程度地削弱地下水對礦體開采的影響，充分利用礦山探礦及開采時的地質(zhì)、水文地質(zhì)資料，針對東馬鞍山礦體平面上不同的富水性，開展水文地質(zhì)勘察及帷幕注漿治理是很有必要的。本文通過施工過程中的一些具體環(huán)節(jié)，展開討論。

1 重要意義

該項工程主要目的是通過水文地質(zhì)勘察及編錄，收集分析礦區(qū)水文地質(zhì)情況，開展礦床充水因素研究、突水特征及規(guī)律研究、突水危害預測研究、探水及治水方案研究等工作，查明礦床范圍水文地質(zhì)條件，探明含水構造特征及分布情況。隨后采用局部礦體外側(cè)帷幕注漿防治水的綜合處理辦法，針對威脅礦山安全開采的含水裂隙帶，實施有效地注漿封堵，從而真正做到安全、經(jīng)濟、高效的采礦模式。同時，有效的帷幕帷幕注漿也可以大幅減少礦產(chǎn)開采過程中的排水壓力，從而又能節(jié)約一筆不小的生產(chǎn)費用，避免了能源的浪費。

2 礦區(qū)主要含水巖組及富水性

（1）松散巖類孔隙含水巖組。由第四系全新統(tǒng)坡積、沖積亞砂土夾砂及砂礫層透鏡體組成，局部含粘土層，呈雙層結構。

（2）碎屑巖類裂隙含水巖組。由中三疊統(tǒng)銅頭尖組粉砂巖、月山組上段含鈣質(zhì)粉砂巖等組成，裂隙較發(fā)育，但多閉合而連通性差，一般含水極弱或不含水，風化帶及局部張性裂隙密集帶富水性稍好。

（3）碎屑巖夾碳酸鹽巖裂隙巖溶含水巖組。由中三疊統(tǒng)月山組上段鈣質(zhì)粉砂巖夾不純大理巖組成，裂隙巖溶較發(fā)育，礦區(qū)鉆孔見溶洞率25%，礦體附近埋藏較深，未見溶洞，局部可見溶孔。富水性弱—中等。

（4）碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組。按地層巖性、含水介質(zhì)特征、富水性等可分為月山組中段（T2y2）含水層組，月山組下段（T2y1）含水層組，南陵湖組（T1n）含水層組。

月山組中段（T2y2）含水層組：由角礫狀大理巖組成，地層破碎，巖溶裂隙發(fā)育，且相對均勻，連通性好。巖溶形態(tài)以小溶孔、溶蝕裂隙為主，局部有溶洞，孔隙率5%～20%。富水性中等-強。月山組下段（T2y1）含水層組：由三疊系中統(tǒng)月山組下段白云質(zhì)大理巖組成，該層裂隙一般不發(fā)育，巖溶僅局部發(fā)育，巖溶形態(tài)主要為小溶孔、溶隙，溶洞少見。富水性弱。南陵湖組（T1n）含水層組：由三疊系下統(tǒng)南陵湖組中厚層大理巖組成，該層巖溶裂隙在南部發(fā)育，向北隨埋深的增加逐漸減弱。富水性中等～強，但不均勻。

（5）巖漿巖類裂隙含水巖組。由燕山期閃長巖和閃長玢巖組成。閃長巖（月山巖體）：裂隙一般不發(fā)育，風化帶裂隙較發(fā)育?？酉赂髦卸尉衣对搶?，其中在中部及西部裂隙不發(fā)育，一般干燥無水，僅探礦孔揭露有涌水點。閃長玢巖（總鋪巖體）：分布于礦區(qū)東部外圍，為礦區(qū)東部相對隔水邊界。

3 水文地質(zhì)勘察鉆孔施工要求

探水鉆孔開孔口徑110mm，鉆進4m后停鉆，然后埋設孔徑108mm長4.5m的孔口管，孔口管外側(cè)加工凸臺，安裝時管壁外側(cè)纏繞棉紗并涂抹水泥漿，孔口安裝閘閥后壓水實驗，待抗壓強度達到10MPa后，方能正常鉆進，正常鉆進時改用75mm鉆頭。如鉆進過程中遇到突水或者破碎帶卡鉆，則可停鉆注漿，采取孔口封閉純壓注漿法全段封孔，起到封堵涌水裂隙、加固破碎帶的作用，隨后重新掃孔，直至終孔。

所有探水孔兼具水文地質(zhì)勘察孔及注漿作用，探水孔即為水文勘察注漿孔，對于鉆孔的施工技術要求如下：

（1）將鉆孔按種類和次序統(tǒng)一編號，現(xiàn)場用全站儀確定孔口位置，實際開孔位置與放點位置偏差不得大于10cm。

（2）鉆孔的開閉孔孔徑及終孔深度應和設計相符，施工過程中加強孔內(nèi)排粉作業(yè)，孔底殘留巖粉需小于30cm。

（3）鉆進過程中的沖洗液選用清水，如孔內(nèi)破碎掉塊嚴重，則可選擇泥漿護壁。

（4）鉆進過程應時刻做好預防突水的準備工作，突水前通常會有先兆情況，如涌水量突然變大，水壓突然升高，一旦發(fā)生突水，應立即鎖止鉆桿夾持器，利用孔口反力裝置慢慢退出孔內(nèi)鉆桿，隨后關閉孔口閥門，準備注漿封堵工作。

（5）鉆孔偏斜度：偏斜容許范圍不大于孔深的1.0%。注入漿液初凝后應及時掃孔，減少重復鉆進，提高成孔率，減少偏斜。

（6）完整基巖巖芯采取率不低于70%，破碎基巖不低于50%，并準確進行水文地質(zhì)編錄。

（7）探水勘察孔進行水文地質(zhì)編錄，準確標明孔位坐標、方位角、孔深、孔徑、換層標高，巖層描述，巖溶發(fā)育位置，充填物狀態(tài)，取芯率，偏斜率，下套管部位，以及鉆進過程中的故障情況等均要準確記錄。

（8）探水勘察孔需全孔取芯，并在班表表上記錄孔內(nèi)破碎帶位置，出水點位置，出水量水壓及孔內(nèi)出水顏色；

4 注漿工藝及參數(shù)設計

4.1 注漿材料及配比

注漿材料在受注巖層中有效擴散是確保注漿堵水成功的關鍵，由于受注巖層為大理巖，裂隙發(fā)育極不均一，既有強富水的細裂隙，局部也存在寬大的導水裂隙。為此，注漿材料采用水泥粘土漿、單液水泥漿兩種漿液。單液水泥漿：水灰比為2:1、1.5:1、1:1、0.8:1四種，當注漿孔采用水泥粘土漿連續(xù)灌注100m3，仍不能達到設計結束標準時采用。深部礦床局部裂隙為細小裂隙，當漿液擴散不夠時，可使用超細水泥。當存在滲漏點時，可采用水泥水玻璃雙液漿。

注漿材料要求如下：①水泥：普通硅酸鹽水泥，水泥標號不應低于P.042.5號。水泥必須符合質(zhì)量標準，不得使用受潮結塊的水泥。②粘土：采用袋裝膨潤土。③水玻璃：模數(shù)2.8～3.4，濃度宜為35～45波美度。④水：一般工業(yè)用水。

4.2 注漿參數(shù)設計

①注漿分段長度：一般情況注漿分段長度為5m～10m，但當鉆孔揭露單點涌水量達到10m3/h時，停鉆注漿，不受注漿長度的限制。②注漿壓力：注漿壓力取1.5～2倍的靜水壓力。礦體頂板30m以內(nèi)為重點注漿段，適當提高注漿壓力。③漿液擴散半徑R：漿液在地層中的擴散取決于很對因素，如地層的裂隙產(chǎn)狀、裂隙開度、裂隙富水程度及地下水的流速、注漿的壓力、注漿材料的配比濃度及凝結時間等很多因素，目前暫時沒有一個準確地計算公式用以測算注漿半徑，類比之前其他礦山的注漿經(jīng)驗，暫時將漿液擴散半徑定為5m，實際擴散情況需施工檢查孔觀察取得的巖心中是否有殘留注漿體。④漿液注入量：根據(jù)同類巖溶礦山井下注漿工程經(jīng)驗，重點段注漿按1.0m3/m，非重點段按每米0.3m3/m。

4.3 漿液配合比的確定

當注漿段涌水量小于30m3/h、或ω小于150L/min/m，采用水固比3:1水泥粘土漿開灌，逐級加濃。注漿段涌水量大于30m3/h、或ω大于150L/min/m，采用水固比1:1水泥粘土漿開灌。一次水泥粘土漿注漿量大于100m3時：采用間歇注漿或單液水泥漿，間歇時間為20分鐘到1小時。

4.4 養(yǎng)護、掃孔與復注時間的確定

一個注漿段注漿后，為了復注或下行繼續(xù)鉆進，鉆具首先要穿過已注段（俗稱掃孔）。當養(yǎng)護時間過長、掃孔速度慢，且可能出現(xiàn)孔斜；反之，時間過短會影響注漿質(zhì)量。另外，每一個注漿段，往往不可能一次就完成注漿工作，最少復注一次，多則幾次。為達到注漿堵水目的，根據(jù)不同的注漿材料，對養(yǎng)護、掃孔與復注時間的規(guī)定如下：當采用高壓水泥單液濃漿灌注結束注漿時，注漿結束4小時后開始掃孔。當?shù)蛪簡我核嘞{結束注漿時，注漿結束后6小時開始掃孔。

4.5 注漿結束標準

入整個注漿的過程均符合設計要求，且達到以下終止注漿的標準：①注漿壓力穩(wěn)步上升，最終達到設計終壓標準。②漿液注入量：單液漿小于20升/分時、雙液漿小于60升/分，壓力穩(wěn)定15～30分鐘，即可終止本次注漿。

5 礦體旁側(cè)帷幕注漿效果檢測

數(shù)據(jù)分析：通過對比各序鉆孔涌水量、注漿量的差別，及注漿過程中漿液配比的選用及注漿壓力值的變化，可以作為前期判斷注漿效果的一種手段。通常情況，一序孔、二序孔、三序孔揭露的涌水量、注漿量均呈遞減的態(tài)勢。施工檢查孔：后序孔可對前期孔作注漿檢查，同時依據(jù)前期出水鉆孔的出水位置、出水量及注漿量，定點施工檢查孔，目的是檢查前期注漿情況，同時確認含水裂隙帶的位置及走向，檢查孔的深度，不小于注漿孔的深度，檢查孔數(shù)為注漿孔的10%。

6 結語

做好礦區(qū)水文地質(zhì)地理的勘探工作以及鉆探過程中探孔的分布結構設計工作，是提高水文地理地質(zhì)勘探報告質(zhì)量的重要條件，也為確保礦區(qū)安全生產(chǎn)和開采以及合理開發(fā)和利用地下水提高了重要理論數(shù)據(jù)，而注漿治理則是從根本上的解決了礦區(qū)開采掘進過程中因地下水問題而形成的安全隱患，保障了礦區(qū)生產(chǎn)的正常進行。