地表注浆技术在井下采矿堵水工程中的应用分析

朱海明　胡国庆

摘 要：文章对地表注浆技术的工艺流程进行了必要的分析，对井下采矿作业堵水难题进行了专项分析，并提供了相应的注浆堵水对策，在这个过程中凸显了地表注浆技术在采矿工程施工中应用的重要意义。

关键词：地表注浆技术；井下采矿；堵水；注浆孔

1 地表注浆技术简介

注浆技术早在100多年之前就已经应用于矿山领域。随着世界范围内科学技术的突飞猛进，注浆材料也日益多样化，出现了诸如速凝水泥浆、细水泥浆及具有各种不同性能的化学浆等新材料，同时，注浆技术也是日新月异越来越先进，比如注浆已实现了自动化，注浆检测普遍采用染色法等。这项技术在确保工期、保证采矿作业安全、保护矿区生态以及提高矿山经济效益等方面发挥着重要的作用。

2 地表注浆施工工艺

2.1 注浆孔施工的工艺流程

在进行注浆孔施工之前，首先要做好平整场地的准备工作，然后将施工所用的机械安置在预定的位置，紧接着就是钻机安装和就位放线。放样时，要根据设计方提供的坐标及高程控制点数据对桩定位，依次进行。当这些工作完成之后，就可以正式开始开孔钻进。开孔打钻时必须要根据地质资料提供的地质和施工土层的实际情况，随时调整钻进的速度，以便有效防止缩颈现象的发生。如发现塑性土层时应加大泵量，加快成孔速度，这可以及时避免缩颈。开孔钻进需要在空压机供风的配合下进行，先用Φ130的钻头开孔钻进，钻至规定的深度后下套管检测孔径是否符合要求，经检测合格后换用Φ89的钻头继续钻进直至到达规定的最终深度。至于定钻孔深度通常需要根据井下涌水点的埋深以及上部岩熔裂缝的发育情况来确定，通常是穿过构造破碎带20米终孔。需要注意的是，施工期间应经常复核钻头直径，如发现其磨损超过10mm应及时更换，确保终孔的孔径符合设计要求。当钻孔完成之后，就可以进行下一道工序--下套管。套管型号选用Φ127的为宜。套管安装完毕之后，紧接着就要下注浆管以及随后的浇铸孔口管，最后是移动钻机完成收尾工作，这就是注浆孔的基本施工流程。

2.2 注浆的施工技术要点

注浆施工是一个复杂的过程，它既要做好材料的选择、注浆次序的确定、注浆压力和注浆量的确定等施工前期工作，又要在注浆操作的过程中使各项技术参数符合设计要求。以下对注浆的施工工艺进行必要的分析：

（1）注浆材料的选择。常用的注浆材料包括食盐、PO32.5普通硅酸盐水泥、纯度为80%以上的工业三乙醇胺、水玻璃、粉煤灰等。

（2）注浆次序的确定。注浆施工应当依照循序渐进的原则分段进行。首先是第一孔的注浆，再进行第二孔的注浆，最后是进行第三孔序。第三孔序的施工任务是检查第一、二序注浆效果，并补充注浆。

（3）注浆压力和灌浆量的计算。注浆施工之前需要先确定准确的注浆压力和浆液灌注量，这两项都可以按照公式来计算出来。注浆压力的计算公式是：P=P0+mD，其中P是容许注浆压力，P0是指表面段的容许压力，m是注浆段每加深1m所容许增加的压力，这三个压力参数的单位都是105MPa。D是注浆段的深度，单位是m。而浆液灌注量的估算则需要按照公式V=AπR2Hhβ来计算。其中的消散系数A一般取1.5，浆液扩散范围直径R一般为6～8。裂隙率h一般取8%，填充系数β为0.9。

（4）注浆的技术要求。注浆施工过程中应该注意以下几点：①灌注漿液最初可按照三种配比方案（即1.5：1、1.0：0.1、0.6：1.0）中的一种进行预配，在具体灌注的过程中可根据实际需要逐步提高其配比浓度。②在灌注过程中，如果发现灌注压力骤增或骤降时，应当及时查明原因。③当遇到注浆压力长时间达不到设计压力时，应当采取间隔注浆或添加速凝剂注浆的方法来处理。当遇到灌浆中断又恢复后吸浆量却并没有发生显著变化的情况时，应立即停止灌浆操作，重新进行配比，或者采取措施先透孔之后再继续注浆。④灌浆操作应当在灌浆压力达到设计要求，吸浆速率小于5L/min·m时，再继续灌注30秒停止。

2.3 注浆效果评价

注浆工程结束之后，我们还要采用一定的检测方法， 对所完成的注浆工作的实际效果做出评价。在做检测评价工作时，通常只需要选取一定数量的检查孔进行抽样检测即可，检测孔的数量以矿区内注浆孔总数的10%来选取。检测标准为：岩溶充填和断层构造物固结良好，检查孔单位吸浆量2.2L/min·m，井下出水点丰水期的涌水量为8600m3/d。而在对注浆效果做出评价时，应根据浆液在空隙中的饱满度、密实度以及注浆帷幕的连续性情况作出客观分析。检测手段通常是采用声波检测和PST法。利用前一种检测方法得出的评价结果往往会比较客观、准确，利用后一种方法得到的只是平均值，但后者有利于实现信息化施工。

3 井下采矿堵水工程中应用注浆技术的建议

3.1 采用超前预注法，解决斜井施工堵水难题

在斜井掘进过程中，经常会遇到地下水涌入矿井的现象。仅仅凭借抽水机不停的抽排水来暂时解决水的影响，并非长久之计。因为，长期大量的进行抽排操作，矿井附近的地下水的平衡状态慢慢会被打破，引发一系列的环境问题。这种状况不仅费时费电费工，还会造成能源浪费和水资源浪费。更重要的是，这种方式很难彻底解决矿井下的涌水问题。

再者，由于岩溶地板距离井筒顶板很近，如果岩体存在风化现象，特别是当岩层中还夹有黄泥时，一旦涌入地下水就会导致围岩稳定性变差甚至会引发塌方。因此，在斜井施工中，要彻底解决涌水问题，必须采用超前预注泥浆的方法进行堵水的预先防范。需要指出的是，在灌注浆液的过程中，必须分段预注，分段掘进，并加强支护。而且，每段都应当设置一道止浆墙以防止跑浆、漏浆，注意止水墙的厚度不能低于3米。

3.2 利用原位直注法，处理井下破碎带堵水问题

原位直注法是一种在出水点位置进行钻孔并注入混合浆液的堵水的方法。混合浆液的配制方法，就是在普通的水泥浆液中再添加一定量的速凝剂而制成。添加速凝剂的目的是为了缩短水泥浆液的凝固时间，从而使水泥凝固速度迅速提高，这样一旦地下水涌入，我们所注入的浆液初凝速度比涌水流速要快得多，这样才能达到快速阻水的目的。原位直注法非常适合用于破碎带范围较小，流量不超过2m3/h的岩体破碎带涌水区。使用这一方法的前提条件是，发生涌水的那片岩体区域其表层岩体比必须要确保完整，其承受力足以能支撑供钻机等设备在其上进行钻孔作业，以及能承受正常注浆的初始压力。在运用这一方法时，需要做好注浆前的准备工作，控制好混合浆液配合比例，而且注浆所用的双液泵在使用之前要先空转一段时间，以确认设备完好。在注浆时一定要密切注视浆液压力表的状态，一旦达到设计压力，注浆就要立即停止。另外，由于运用这一方法时要求采用双液浆注浆泵，而这种泵的使用费用与普通的注浆泵的使用费用相比要高出许多。

3.3 运用间接返注法，解决井下空间狭小钻机难以进入的堵水问题

间接返注法的特点是在距破碎涌水底板比较合适的地方开孔，实施倾斜钻孔，当终孔位置到达需要堵水处的正下方岩层时，注入的混合浆液以向上返浆的方式层层固结将表面破碎岩层胶结在一起，形成隔水岩柱，从而达到阻止含水岩层向采掘空间突水的目的。运用这一方法时，要选择距离小、钻孔空间充分的位置作为输浆钻场，开孔位置要能保证输浆孔套管防护段岩体完整，以利于套管牢固。钻头到达堵水区域后再进行注浆。