地表注漿技術(shù)在井下采礦堵水工程中的應(yīng)用分析

朱海明　胡國(guó)慶

摘 要：文章對(duì)地表注漿技術(shù)的工藝流程進(jìn)行了必要的分析，對(duì)井下采礦作業(yè)堵水難題進(jìn)行了專項(xiàng)分析，并提供了相應(yīng)的注漿堵水對(duì)策，在這個(gè)過(guò)程中凸顯了地表注漿技術(shù)在采礦工程施工中應(yīng)用的重要意義。

關(guān)鍵詞：地表注漿技術(shù)；井下采礦；堵水；注漿孔

1 地表注漿技術(shù)簡(jiǎn)介

注漿技術(shù)早在100多年之前就已經(jīng)應(yīng)用于礦山領(lǐng)域。隨著世界范圍內(nèi)科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，注漿材料也日益多樣化，出現(xiàn)了諸如速凝水泥漿、細(xì)水泥漿及具有各種不同性能的化學(xué)漿等新材料，同時(shí)，注漿技術(shù)也是日新月異越來(lái)越先進(jìn)，比如注漿已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，注漿檢測(cè)普遍采用染色法等。這項(xiàng)技術(shù)在確保工期、保證采礦作業(yè)安全、保護(hù)礦區(qū)生態(tài)以及提高礦山經(jīng)濟(jì)效益等方面發(fā)揮著重要的作用。

2 地表注漿施工工藝

2.1 注漿孔施工的工藝流程

在進(jìn)行注漿孔施工之前，首先要做好平整場(chǎng)地的準(zhǔn)備工作，然后將施工所用的機(jī)械安置在預(yù)定的位置，緊接著就是鉆機(jī)安裝和就位放線。放樣時(shí)，要根據(jù)設(shè)計(jì)方提供的坐標(biāo)及高程控制點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)樁定位，依次進(jìn)行。當(dāng)這些工作完成之后，就可以正式開(kāi)始開(kāi)孔鉆進(jìn)。開(kāi)孔打鉆時(shí)必須要根據(jù)地質(zhì)資料提供的地質(zhì)和施工土層的實(shí)際情況，隨時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)的速度，以便有效防止縮頸現(xiàn)象的發(fā)生。如發(fā)現(xiàn)塑性土層時(shí)應(yīng)加大泵量，加快成孔速度，這可以及時(shí)避免縮頸。開(kāi)孔鉆進(jìn)需要在空壓機(jī)供風(fēng)的配合下進(jìn)行，先用Φ130的鉆頭開(kāi)孔鉆進(jìn)，鉆至規(guī)定的深度后下套管檢測(cè)孔徑是否符合要求，經(jīng)檢測(cè)合格后換用Φ89的鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)直至到達(dá)規(guī)定的最終深度。至于定鉆孔深度通常需要根據(jù)井下涌水點(diǎn)的埋深以及上部巖熔裂縫的發(fā)育情況來(lái)確定，通常是穿過(guò)構(gòu)造破碎帶20米終孔。需要注意的是，施工期間應(yīng)經(jīng)常復(fù)核鉆頭直徑，如發(fā)現(xiàn)其磨損超過(guò)10mm應(yīng)及時(shí)更換，確保終孔的孔徑符合設(shè)計(jì)要求。當(dāng)鉆孔完成之后，就可以進(jìn)行下一道工序--下套管。套管型號(hào)選用Φ127的為宜。套管安裝完畢之后，緊接著就要下注漿管以及隨后的澆鑄孔口管，最后是移動(dòng)鉆機(jī)完成收尾工作，這就是注漿孔的基本施工流程。

2.2 注漿的施工技術(shù)要點(diǎn)

注漿施工是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，它既要做好材料的選擇、注漿次序的確定、注漿壓力和注漿量的確定等施工前期工作，又要在注漿操作的過(guò)程中使各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。以下對(duì)注漿的施工工藝進(jìn)行必要的分析：

（1）注漿材料的選擇。常用的注漿材料包括食鹽、PO32.5普通硅酸鹽水泥、純度為80%以上的工業(yè)三乙醇胺、水玻璃、粉煤灰等。

（2）注漿次序的確定。注漿施工應(yīng)當(dāng)依照循序漸進(jìn)的原則分段進(jìn)行。首先是第一孔的注漿，再進(jìn)行第二孔的注漿，最后是進(jìn)行第三孔序。第三孔序的施工任務(wù)是檢查第一、二序注漿效果，并補(bǔ)充注漿。

（3）注漿壓力和灌漿量的計(jì)算。注漿施工之前需要先確定準(zhǔn)確的注漿壓力和漿液灌注量，這兩項(xiàng)都可以按照公式來(lái)計(jì)算出來(lái)。注漿壓力的計(jì)算公式是：P=P0+mD，其中P是容許注漿壓力，P0是指表面段的容許壓力，m是注漿段每加深1m所容許增加的壓力，這三個(gè)壓力參數(shù)的單位都是105MPa。D是注漿段的深度，單位是m。而漿液灌注量的估算則需要按照公式V=AπR2Hhβ來(lái)計(jì)算。其中的消散系數(shù)A一般取1.5，漿液擴(kuò)散范圍直徑R一般為6～8。裂隙率h一般取8%，填充系數(shù)β為0.9。

（4）注漿的技術(shù)要求。注漿施工過(guò)程中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：①灌注漿液最初可按照三種配比方案（即1.5：1、1.0：0.1、0.6：1.0）中的一種進(jìn)行預(yù)配，在具體灌注的過(guò)程中可根據(jù)實(shí)際需要逐步提高其配比濃度。②在灌注過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)灌注壓力驟增或驟降時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)查明原因。③當(dāng)遇到注漿壓力長(zhǎng)時(shí)間達(dá)不到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取間隔注漿或添加速凝劑注漿的方法來(lái)處理。當(dāng)遇到灌漿中斷又恢復(fù)后吸漿量卻并沒(méi)有發(fā)生顯著變化的情況時(shí)，應(yīng)立即停止灌漿操作，重新進(jìn)行配比，或者采取措施先透孔之后再繼續(xù)注漿。④灌漿操作應(yīng)當(dāng)在灌漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，吸漿速率小于5L/min·m時(shí)，再繼續(xù)灌注30秒停止。

2.3 注漿效果評(píng)價(jià)

注漿工程結(jié)束之后，我們還要采用一定的檢測(cè)方法， 對(duì)所完成的注漿工作的實(shí)際效果做出評(píng)價(jià)。在做檢測(cè)評(píng)價(jià)工作時(shí)，通常只需要選取一定數(shù)量的檢查孔進(jìn)行抽樣檢測(cè)即可，檢測(cè)孔的數(shù)量以礦區(qū)內(nèi)注漿孔總數(shù)的10%來(lái)選取。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為：巖溶充填和斷層構(gòu)造物固結(jié)良好，檢查孔單位吸漿量2.2L/min·m，井下出水點(diǎn)豐水期的涌水量為8600m3/d。而在對(duì)注漿效果做出評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)根據(jù)漿液在空隙中的飽滿度、密實(shí)度以及注漿帷幕的連續(xù)性情況作出客觀分析。檢測(cè)手段通常是采用聲波檢測(cè)和PST法。利用前一種檢測(cè)方法得出的評(píng)價(jià)結(jié)果往往會(huì)比較客觀、準(zhǔn)確，利用后一種方法得到的只是平均值，但后者有利于實(shí)現(xiàn)信息化施工。

3 井下采礦堵水工程中應(yīng)用注漿技術(shù)的建議

3.1 采用超前預(yù)注法，解決斜井施工堵水難題

在斜井掘進(jìn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到地下水涌入礦井的現(xiàn)象。僅僅憑借抽水機(jī)不停的抽排水來(lái)暫時(shí)解決水的影響，并非長(zhǎng)久之計(jì)。因?yàn)椋L(zhǎng)期大量的進(jìn)行抽排操作，礦井附近的地下水的平衡狀態(tài)慢慢會(huì)被打破，引發(fā)一系列的環(huán)境問(wèn)題。這種狀況不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)電費(fèi)工，還會(huì)造成能源浪費(fèi)和水資源浪費(fèi)。更重要的是，這種方式很難徹底解決礦井下的涌水問(wèn)題。

再者，由于巖溶地板距離井筒頂板很近，如果巖體存在風(fēng)化現(xiàn)象，特別是當(dāng)巖層中還夾有黃泥時(shí)，一旦涌入地下水就會(huì)導(dǎo)致圍巖穩(wěn)定性變差甚至?xí)l(fā)塌方。因此，在斜井施工中，要徹底解決涌水問(wèn)題，必須采用超前預(yù)注泥漿的方法進(jìn)行堵水的預(yù)先防范。需要指出的是，在灌注漿液的過(guò)程中，必須分段預(yù)注，分段掘進(jìn)，并加強(qiáng)支護(hù)。而且，每段都應(yīng)當(dāng)設(shè)置一道止?jié){墻以防止跑漿、漏漿，注意止水墻的厚度不能低于3米。

3.2 利用原位直注法，處理井下破碎帶堵水問(wèn)題

原位直注法是一種在出水點(diǎn)位置進(jìn)行鉆孔并注入混合漿液的堵水的方法?；旌蠞{液的配制方法，就是在普通的水泥漿液中再添加一定量的速凝劑而制成。添加速凝劑的目的是為了縮短水泥漿液的凝固時(shí)間，從而使水泥凝固速度迅速提高，這樣一旦地下水涌入，我們所注入的漿液初凝速度比涌水流速要快得多，這樣才能達(dá)到快速阻水的目的。原位直注法非常適合用于破碎帶范圍較小，流量不超過(guò)2m3/h的巖體破碎帶涌水區(qū)。使用這一方法的前提條件是，發(fā)生涌水的那片巖體區(qū)域其表層巖體比必須要確保完整，其承受力足以能支撐供鉆機(jī)等設(shè)備在其上進(jìn)行鉆孔作業(yè)，以及能承受正常注漿的初始?jí)毫?。在運(yùn)用這一方法時(shí)，需要做好注漿前的準(zhǔn)備工作，控制好混合漿液配合比例，而且注漿所用的雙液泵在使用之前要先空轉(zhuǎn)一段時(shí)間，以確認(rèn)設(shè)備完好。在注漿時(shí)一定要密切注視漿液壓力表的狀態(tài)，一旦達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，注漿就要立即停止。另外，由于運(yùn)用這一方法時(shí)要求采用雙液漿注漿泵，而這種泵的使用費(fèi)用與普通的注漿泵的使用費(fèi)用相比要高出許多。

3.3 運(yùn)用間接返注法，解決井下空間狹小鉆機(jī)難以進(jìn)入的堵水問(wèn)題

間接返注法的特點(diǎn)是在距破碎涌水底板比較合適的地方開(kāi)孔，實(shí)施傾斜鉆孔，當(dāng)終孔位置到達(dá)需要堵水處的正下方巖層時(shí)，注入的混合漿液以向上返漿的方式層層固結(jié)將表面破碎巖層膠結(jié)在一起，形成隔水巖柱，從而達(dá)到阻止含水巖層向采掘空間突水的目的。運(yùn)用這一方法時(shí)，要選擇距離小、鉆孔空間充分的位置作為輸漿鉆場(chǎng)，開(kāi)孔位置要能保證輸漿孔套管防護(hù)段巖體完整，以利于套管牢固。鉆頭到達(dá)堵水區(qū)域后再進(jìn)行注漿。