摘要： 文中以湖北省陽新縣良薦橋鉬礦井下-185m突水點(diǎn)注漿防治水工程為例,敘述了帷幕注漿的主要工序及施工關(guān)鍵技術(shù), 豐富了我國礦井水患防治的理論和實(shí)踐,為類似礦井的水害治理提供了可貴的施工范例。

　　關(guān)鍵詞：帷幕施工,鉆孔注漿,壓水試驗(yàn),施工技術(shù)

　　1 前言

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展,對(duì)鉬礦、煤炭等資源的需求日益增長,形成了礦產(chǎn)探采開發(fā)的新一波高峰期。由于我國部分礦產(chǎn)的地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件復(fù)雜;突水掩井事故的發(fā)生事件時(shí)見報(bào)道于媒體自2006年10月開始,我公司采用帷幕注漿截流技術(shù),對(duì)湖北省陽新縣良薦橋鉬礦井下-185m突水點(diǎn)開展了治理工程,至2007年元月工程取得了明顯的治理效果。該項(xiàng)目的成功實(shí)施為我國礦井水害治理提供了帷幕注漿防治水技術(shù)應(yīng)用的成功范例,為類似礦井的水害防治提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

　　2 工程概況

　　湖北省陽新縣良薦橋鉬礦位于陽新縣陶港鎮(zhèn)，距陽新縣城北約10Km。2006年7月28日在-185m平巷相距豎井120m處發(fā)生突水、突泥，突水量約150m3/h。突水發(fā)生后，因坑內(nèi)排水泵量不夠，地下水位上升到+17.00m標(biāo)高，造成礦井被淹。2006年8月21日開始進(jìn)行強(qiáng)排抽水，每小時(shí)200m3到400m3的排水量。2006年8月22日在ZK5801孔的西北方向出現(xiàn)地面塌陷，到2006年8月27日在ZK5802的南東方向出現(xiàn)了地面塌陷，被迫停止強(qiáng)排抽水，豎井再次被淹，全礦停產(chǎn)。突水事故發(fā)生后，鉬礦迫切需要治水，為了尋找水源通道，委托武漢科島地球物理勘測(cè)公司進(jìn)行物探，采用電阻率測(cè)探方法。為了盡快恢復(fù)生產(chǎn)，新武礦業(yè)有限責(zé)任公司委托湖北中南勘察基礎(chǔ)工程有限公司對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)條件及防治水方案進(jìn)行研究，并要求盡快進(jìn)場(chǎng)施工。其目的：通過地面注漿堵水，盡快恢復(fù)礦山的生產(chǎn)。

　　3 地質(zhì)及水文情況

　　3.1 地質(zhì)情況

　　礦區(qū)位于黃姑山-犀牛山倒轉(zhuǎn)背斜的東部，東鄰道士湖，西為良薦內(nèi)湖，南接黃家山、老虎山，北有良薦河，地形南高北低。洪水期除南面靠山的丘陵湖沼地帶外，三面環(huán)水。礦區(qū)內(nèi)大都為第四系地層覆蓋，僅局部山頭和據(jù)鉆孔資料，主要地層有奧陶系下統(tǒng)灰?guī)r、大理巖;志留系下統(tǒng)高家邊群炭質(zhì)頁巖，頁巖夾粉砂巖;白堊-第三系下統(tǒng)東湖群礫巖、巨礫巖、泥質(zhì)粉砂巖夾細(xì)-中礫礫巖等。

　　3.2 水文氣象情況

　　氣候?qū)賮啛釒�溫濕氣候區(qū)，雨量充沛。據(jù)陽新縣氣象站1961～1982年氣象統(tǒng)計(jì)資料，年降雨量為883.5～1865.5mm，雨季一般集中在6-8月份。區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)育，東部為道士湖、賽橋湖，中部為良薦內(nèi)湖，湖水標(biāo)高13.44～17.2m，1954年最高洪水位標(biāo)高21.9m。北部良薦河河水流量0.04212～4.4m3/s(80年7月7日及6月23日)，河流一般不干，水源靠西部山泉及沿途水溝補(bǔ)給。當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面標(biāo)高15～17m。

　　4 施工方案

　　4.1 施工方案

　　于礦區(qū)水文地質(zhì)資料比較欠缺，對(duì)突水的來源無法準(zhǔn)確判斷，再加上井內(nèi)巷道已全部被淹，通過在巷道內(nèi)打孔注漿堵水是不可能了。為了能讓礦山盡快排水恢復(fù)生產(chǎn)，采取以突水點(diǎn)為中心，在直徑為16m的圓周上均勻布置6個(gè)鉆孔進(jìn)行注漿，如圖1所示，鉆孔間距為8m，分兩序施工。設(shè)計(jì)鉆探進(jìn)尺1320m，注漿方量約為3000m3。

 

　　4.2 注漿方式

　　采用孔口封閉，全孔循環(huán)，自上而下分段注漿，這種注漿方式具有注漿質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于勘察孔，鉆至設(shè)計(jì)孔深后，先分段做壓水試驗(yàn)，然后在預(yù)定位置下置止?jié){塞從上而下分段注漿;對(duì)于注漿孔，鉆進(jìn)一段注一段，待注漿段達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，再掃孔鉆進(jìn)進(jìn)行下一段灌注，直到終孔封孔。

　　鉆孔孔徑：開孔孔徑≮φ130mm，終孔孔徑φ91mm。

　　5 施工關(guān)鍵技術(shù)

　　5.1 鉆探施工

　　本工程鉆探采用的設(shè)備是宜昌機(jī)械制造廠生產(chǎn)的YL-6型鉆機(jī)，該鉆機(jī)設(shè)計(jì)最大能施工600m深孔，完全能夠滿足本工程鉆孔要求。在施工過程中，ZK6號(hào)孔在井深200m以后，由于上部孔段巖石遇水或風(fēng)易崩解，造成垮孔，允許采用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，其余鉆孔均采用清水鉆進(jìn)。在鉆進(jìn)過程中，機(jī)臺(tái)記錄人員嚴(yán)格按照技術(shù)要求，將鉆進(jìn)過程中遇到的掉鉆、垮孔、沖洗液消耗等情況詳細(xì)記錄，取上巖心按照從上而下的原則順序擺放在巖心箱內(nèi)，填好巖心隔板，并進(jìn)行簡(jiǎn)易水文觀測(cè)。技術(shù)人員根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編錄，測(cè)定巖石的質(zhì)量指標(biāo)R.Q.D值，勘察孔巖心還需要照相。

　　5.2 鉆孔孔斜測(cè)量

　　本工程鉆孔測(cè)斜采用的是上海地學(xué)儀器研究所生產(chǎn)的JJX-3SⅡ高精度測(cè)斜儀，測(cè)量方式為點(diǎn)測(cè)、直讀。所有鉆孔均按照技術(shù)要求進(jìn)行孔斜測(cè)量，在開孔段及換徑位置加密測(cè)量，鉆孔達(dá)到終孔深度后必須進(jìn)行孔斜測(cè)量。經(jīng)測(cè)量計(jì)算，所有鉆孔的孔斜率均符合技術(shù)要求，孔斜率最大的為ZK3號(hào)鉆孔(孔斜率為0.96%)，最小的為ZK4號(hào)孔(孔斜率為0.23%)。

　　5.3 注漿施工

　　本次注漿工作采用孔口封閉，全孔循環(huán)式注漿，采用這種注漿方式具有注漿質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)。但是在個(gè)別鉆孔，特別是上部巖溶裂隙比較發(fā)育的鉆孔，由于該段承受不了下面注漿所需的壓力，因此無法進(jìn)行全孔循環(huán)式注漿。比如ZK3號(hào)鉆孔在第3、4、5段采用的是純壓式注漿，避免壓力過大對(duì)上部巖溶發(fā)育段重復(fù)產(chǎn)生破壞。注漿段長原則上采用30m一段，為加快施工進(jìn)度，采用φ42鉆桿作為射漿管，注漿時(shí)將射漿管下置距離受注段段底不超過0.5～5.0m。

　　5.3.1 注漿材料及漿液配置

　　注漿采用的水泥為華新水泥廠生產(chǎn)的P.O32.5普通硅酸鹽水泥。水泥細(xì)度要求為通過80μm方孔篩篩余量不大于5%，進(jìn)場(chǎng)水泥均有出廠合格證和出廠檢驗(yàn)分析報(bào)告;尾礦砂為就近選礦尾礦庫提供，其質(zhì)量要求為質(zhì)地堅(jiān)硬，最大粒徑不大于2.5mm，細(xì)度模數(shù)不大于2.0，SO3含量不大于1%，含泥量不大于3%的尾礦砂;

　　漿液有水泥尾砂漿和純水泥漿兩種。水泥尾砂漿采用灰砂比為1:1，水固比有2:1、1.5:1、1:1、0.8:1、0.6:1五個(gè)級(jí)配供注漿選擇，主要應(yīng)用于巖溶裂隙比較發(fā)育孔段;純水泥漿水灰比有3:1、2:1、1.5:1、1:1、0.8:1、0.6:1六個(gè)級(jí)配供注漿選擇，主要應(yīng)用于巖石較完整，巖溶裂隙不發(fā)育孔段。

　　5.3.2 洗孔、壓水試驗(yàn)

　　為提高注漿效果，使鉆孔四周的裂隙得到充分的填充，注漿前，所有孔段均進(jìn)行了沖洗。沖洗方法采用高壓脈沖法，沖洗壓力采用注漿壓力的80%。沖洗結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)為回水變清、無殘留物為止。為了解巖層的滲透情況，便于指導(dǎo)注漿施工，注漿前，所有孔段均進(jìn)行了壓水試驗(yàn)，試驗(yàn)方法采用孔口封閉，或孔內(nèi)膠塞止水封閉，單點(diǎn)式壓水試驗(yàn)。壓力表安裝在孔口，流量觀測(cè)采用灌漿自動(dòng)記錄儀自動(dòng)計(jì)量。試驗(yàn)壓力取灌漿壓力的80%，或孔口壓力表的表壓值不大于1.0MPa。試驗(yàn)時(shí)每5分鐘觀測(cè)一次流量和壓力值，當(dāng)流量和壓力保持相對(duì)穩(wěn)定，在穩(wěn)定的壓力下，流量連續(xù)四次讀數(shù)其最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1L/min時(shí)，視為符合穩(wěn)定結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)束該段壓水試驗(yàn)，取最終值做為計(jì)算值。

　　5.3.3 注漿壓力控制

　　注漿壓力系指注漿段承受的全壓力，是漿液在孔內(nèi)運(yùn)行的動(dòng)力�？變�(nèi)循環(huán)式注漿施工是將壓力表安裝在孔口回漿管路上，注漿壓力采用靜水壓力的1.5～2.0倍。循環(huán)式注漿壓力采用下式計(jì)算：

　　式中：P—注漿壓力(MPa);

　　P1—孔口壓力表壓力(MPa);

　　P2—漿柱壓力(MPa);

　　Pf—管路損失壓力(MPa)。

　　為便于指導(dǎo)孔口壓力的控制，各個(gè)注漿段設(shè)計(jì)注漿壓力隨鉆孔深度變化情況如表1所示。

 

　　5.3.4 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

　　注漿壓力均勻持續(xù)上升達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，同時(shí)鉆孔吸漿量小于10L/min時(shí)，穩(wěn)定20～30min，即可結(jié)束注漿。

　　5.3.4 封孔

　　注漿孔最后一段達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，采用“全孔灌漿封閉法”進(jìn)行封孔。全孔灌漿完畢，將射漿管下置距孔底不超過0.5～2m處，用濃水泥尾砂漿將孔內(nèi)稀漿置換，觀察孔口反漿情況，待孔口返出漿液為濃漿，即孔內(nèi)稀漿已完全被置換時(shí)，將射漿管提升至孔口，采用孔口純壓式注漿封孔，封孔壓力使用最大灌漿壓力，封孔注漿持續(xù)時(shí)間不小于30分鐘。封孔結(jié)束后，由于漿液凝結(jié)析水會(huì)在孔口產(chǎn)生空孔段，對(duì)空孔段采用濃漿回填飽滿。

　　6 灌漿效果檢查

　　本次防治水工程于2007年元月14日完成全部注漿工作，礦方于2007年元月18日豎井開始排水，排水量約180m3/h。20日中午12點(diǎn)，豎井水位降至-90m。由于需要安裝泥漿泵，20日下午1時(shí)停止抽水，19:15分恢復(fù)抽水，在停止抽水的6個(gè)多小時(shí)里，豎井水位上升僅6.7cm，地下水動(dòng)儲(chǔ)量補(bǔ)給是很小的，理論估算約為2.119m3/h。21日凌晨5點(diǎn)豎井水位降至-121.4m。當(dāng)豎井水位降至-168m時(shí)，由于突水時(shí)產(chǎn)生的大量泥質(zhì)物沉淀在底部，導(dǎo)致水泵及排水管堵死，無法正常排水�？紤]地下水動(dòng)儲(chǔ)量補(bǔ)給很小，遂決定加工水桶進(jìn)行提水，于元月25日下午開始提水。豎井水位已降至突水點(diǎn)以下，-185m平巷清淤工作已經(jīng)結(jié)束，突水點(diǎn)基本沒有水流出。目前豎井排水量約6m3/h，突水時(shí)涌水量按150m3/h計(jì)算，本次注漿突水點(diǎn)堵水率大于95%，超過合同約定的突水點(diǎn)堵水率(80%)，具體見表2。

 

　　7 結(jié)束語

　　該工程就其治水工程的規(guī)模、設(shè)計(jì)思想、施工難度、治理效果等方面而論,是一個(gè)成功的、成效顯著的工程,同時(shí)也豐富了我國礦井水患防治的理論和實(shí)踐,為類似礦井的水害治理提供了可貴的施工范例。

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