近矿体帷幕注浆在矿山防治水的应用

刘道仁，孙翠华（安徽淮北徐楼矿业有限公司，安徽 淮北 235100）

近矿体帷幕注浆在矿山防治水的应用

刘道仁，孙翠华（安徽淮北徐楼矿业有限公司，安徽 淮北 235100）

在开采涌水较大的金属矿山时，用近矿体帷幕注浆技术进行堵水，能有效减少涌水，取得较好的防治水效果。

近矿体帷幕注浆;减少涌水量;预防地质灾害;保护水资源

1 前言

徐楼铁矿位于淮北市濉溪县城南侧7km处，为一接触交代型矽卡岩磁铁矿。矿体埋藏48～385m，采用竖井侧翼式开拓，采用嗣后分段空场法回采矿房，上向水平分层胶结法回采矿柱的联合开采方法。铁矿石地质储量为2 997万t，平均品位47.51%，年设计生产能力40万t，现已达到年生产能力。

2 矿山水文地质概述

徐楼铁矿地处亚热带和暖温带过度地带，属半湿润气候区，多年平均降雨量845.0mm，年际变化大，最大月份1694.7mm，最小月份499.0mm，年降雨70%集中在6～9月份。

矿区属于淮河水系，区内主要河流为沱河及其支流引河和巴河，其次为濉河。另外有较大的河沟24条，及其众多的人工渠纵横交错，地表水系及其发育。

矿区含水层为广泛分布的第四系沉积岩，埋葬深度40～75m，沉积岩底部为为20～40m粘土隔水层，第四系沉积物含水，由厚度不等的砂、砂砾石组成，承压水位埋深1～2m，为孔隙含水层。钻孔单位涌水量q为0.23～1.00m3/s，渗透系数K为0.76～4.1m/d。其次为大理岩岩溶裂隙含水层，该层为矿体顶板，以大理岩为主，次为白云质大理岩、泥灰岩、及灰岩。大理岩含裂隙溶洞承压水，水头接近地面。大理岩含水层分布遍及整个矿区。钻孔试验表明单位涌水量q大于101m3/s，渗透系数K为17.8m/d。

矿区隔水层有第四系松散层底部的粘土层，分布广泛，结构致密，粘塑性好，透水性较弱。可以阻隔第四系砂层与下部矿体顶板的水力联系。但局部地段粘土层近2～10m，中间有砂层俗称“天窗”，将第四系水层和顶板大理岩连接一起，发生水力联系。矿体地板为闪长岩，斜插在大理岩和矿体之间，将矿体分为上层矿体和下层矿体，该岩体裂隙不发育，透水性微弱，可视为隔水层。综上所述，发生水力联系的第四系沉积岩和大理岩，可以将地表的水直接引入采场，严重影响矿山的生产和安全。

3 防治水方案的确定

徐楼铁矿矿体顶板为大理岩含水层，底板为闪长岩隔水层。含水层岩溶裂隙，溶洞发育，含水丰富，矿区东头直接受大气降水的补给，径流条件好，水文地质复杂，矿坑涌水量大。地下水的静动储量较大，如果采用疏干排水的防治水方案，不仅不能达到疏干的目的，还可能引起地表塌陷，水资源破坏等地质环境问题，而且存在突水威胁；如果采用矿区地面帷幕注浆技术方案，不仅工程投入大，而且也无法保证顶板的稳定性，同样也有地表塌陷可能和突水的威胁。为确保矿山顺利生产，因此通过综合、分析和反复论证，确定采取井下近矿体帷幕注浆技术方案开采一期。二期开采时也采用矿体内帷幕注浆防治水方案，不仅能起到防治水的目的，也起到加固矿体顶板的稳定的目的。

4 帷幕注浆总厚度和网度的确定

根据矿山实践经验，徐楼铁矿帷幕注浆厚度为21～24.9m，有效起到治水作用，结合我国帷幕注浆的矿山（业庄铁矿井下近矿体帷幕注浆安全厚度为20m，莱新铁矿井下近矿体帷幕注浆安全厚度为35m）均取得较好的效果，因此本公司在设计研究院的帮助下将井下近矿体帷幕注浆安全厚度确定为25m。根据矿山实际经验，确定帷幕注浆施工网度为50m×50m,将整个顶板全部帷幕注浆。

5 单个帷幕注浆硐室的设计和施工

注浆硐室的规格为3m×3m×3m三心拱。钻注浆孔具体参数见表1。

5.1 钻孔施工次序

施工时，先施工1、3、5、7、9、11、13、15、17等第一序次。等第一序次施工完成后再施工2、4、6、8、10、12、14、16、18第二序次。方位角和倾角允许误差±1°，校正深度误差1‰。

表1 钻孔注浆孔参数

5.2 施工工序及技术要求

5.2.1 开孔、止水和固管

（1）开孔孔径110mm,开孔深度3～6m。如遇岩石破碎的施工地点，应先施工30～50cm止浆墙，而后钻进。孔口管下如完整岩石2m以上，孔口管处长度必须大于3m。

（2）开孔后，安装孔口管径108mm×5mm地质管，孔口管外端要预装压力表座，以备打压试验、测量水压和注浆时安装16MΡa压力表,外部缠绕遇水膨胀橡胶止水，止水橡胶缠绕段不得少于2.5m。

（3）孔口管工作面上预设锚杆，孔口管外露部分与锚杆连接牢固。

（4）孔口管安装闸板阀门，直径75mm以上，P＞5MΡa。

（5）固管结束后，进行打压试验，压力达到P＞5MΡa时持续30分钟。检查止水效果，不漏水为合格。如遇漏水必须采取相应的处理措施，达到合格标准后方可钻进施工。

5.2.2 钻注浆孔施工技术要求

（1）注浆孔孔径75mm，深度见表1。

（2）钻进过程中需取岩芯，岩芯采取要按顺序排列，并立即上地质图，以方便研究水文地质及条件。

（3）如遇涌水大过200m3/h时，立即停止钻进，不得提出钻具，并立即报告矿长，在通过安全防范措施时，才能按照措施提出钻具。

（4）钻孔涌水量达50m3/h时，提钻后要立即关闭孔口闸阀并终孔结束，并告诉排水工注意排水，同时报告生产调度。

5.2.3 注浆施工技术要求

（1）注浆采用纯压式上行注浆法，采用群孔注浆方式，注浆前如遇泥质水，不准随意排放。

（2）注浆应用单液水泥浆和适量尾砂，水泥用325普通硅酸盐水泥，生产日期25天内为佳。初凝4小时，终凝12小时。

（3）单孔注浆量达250L/min以上，输浆管流速5m/s，内径32.5mm。注浆前先进行压水，时间20～30分钟，压力达5MΡa以上。

（4）浆液重量配比采用四级浆液，Ⅰ级为2（水）∶1水泥；Ⅱ级为1.5（水）∶1水泥；Ⅲ级为1（水）∶1水泥；Ⅳ级为0.8（水）∶1水泥。

（5）浆液的应用、转换、过程控制和结束标准。①起始浓度的应用。当10m3/h≤钻孔涌水量＜50m3/h，起始注浆浓度采用Ⅰ级为2（水）∶1水泥；当50m3/h≤钻孔涌水量＜100m3/h，起始注浆浓度采用Ⅱ级为1.5（水）∶1水泥；当100m3/h≤钻孔涌水量＜200m3/h，起始注浆浓度采用Ⅲ级为1（水）∶1水泥；当钻孔涌水量≥200m3/h，起始注浆浓度采用Ⅳ级为0.8（水）∶1水泥。②注浆浓度的转换。起始浓度连续注入60分钟后，压力耗浆量无变化时，改用上一级的浓度；改用上一级连续注浆60分钟后，压力耗浆量无变化时，改用上一级的浓度；其中Ⅲ级为1（水）∶1水泥为主要应用浆液，三级浆液大于100t后改用Ⅳ级浆液。③注浆结束标准。孔口压力≥6MPa以上；单位耗量＜50L/min；以上两项同时达到使连续注浆30分钟后可以结束注浆。④过程控制。（a）注浆过程必须连续，不得中断，如水泥消耗量达200t以上，仍然不起压，应停下间歇注浆，间歇前应压20分钟清水，停8小时后继续注浆，此时考虑增加10%的尾砂用量。（b）注浆时要根据压力变化适时地调整给浆量，防止突然升压堵塞进浆通道，达到不应有的扩散半径。（c）注浆结束后，同时关闭孔口闸阀，实施孔内保压，关闭闸阀和停泵应同时进行，以防浆液回流或管内瞬间高压。（d）关闭闸阀后应继续观察记录孔口压力表的失压过程，每5分钟记录一次，直至失压为零时，注浆人员方可撤离现场。

5.2.4 注浆时应做好资料的记录

（1）注浆前钻孔的涌水量、涌水位置、水压、颜色。

（2）每次注浆的起止孔深。

（3）压水情况。

（4）注浆液配比和转换使用情况。

（5）注入量：注浆注入量和水泥消耗量，每小时记录一次。

（6）注浆压力每60分钟记录一次。

（7）注意观察各孔之间是否有跑浆和互串现象。

6 结语

徐楼铁矿采用上述的近矿体帷幕注浆进行防治水施工后，有效阻止含水层和隔水层的水力联系，控制涌水量在120m3/h以内，对矿山开采顺利进行提供了条件。目前矿山已顺利达到40万t/a的生产能力。有效保护了地下水资源，没有影响潜水水位，预防了矿山开采引起的地质灾害。因此，对于涌水较大的金属矿山有很强的借鉴作用。在目前水资源严重缺乏的时代，值得矿山企业推广，保护水资源具有重大而深远的意义。

Application of curtain grouting near orebody in mine water control project

By adopting curtain grouting near orebody to block against water in mining heavily watered metallic mine,the water inrush was effectively decreased,and the better effect of water control was obtained.

curtain grouting near orebody;decrease water discharge;prevent geologic hazard;protecting water resource

1672-609X（2010）06-0018-03

TD743

B

2010-04-14

刘道仁（1974-），男，湖北房县人，工程师，从事采矿生产技术管理工作。