礦山地下采礦注漿堵水技術的探索

王凱

（中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設計研究院　云南省　昆明市　650000）

礦山地下采礦注漿堵水技術的探索

王凱

（中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設計研究院云南省昆明市650000）

隨著近些年對各類礦產(chǎn)資源的需求增加，采礦行業(yè)進入到高速發(fā)展的階段。在采礦過程中遇到的各類采礦問題不斷出現(xiàn)，與之對應的新技術新設備也不斷涌現(xiàn)，大大推動了采礦業(yè)尤其是礦山地下采礦的逐步發(fā)展。注漿堵水采礦技術主要是為了應對涌水等水患威脅而開發(fā)出來的新型采礦技術，可以通過注入漿液起到堵水的目的。本文對礦山地下開采以及注漿堵水技術做了簡要介紹，深入分析了注漿堵水技術在礦山地下采礦中的實際運用。

礦山地下采礦；注漿堵水技術；實際運用

注漿堵水技術的運用范圍非常廣泛，適用于各類有色金屬及黑色金屬的地下采礦，能夠有效解決來自地下水的威脅。通過注漿堵水技術，對存在涌水等水威脅的礦體的巖溶裂縫進行密實，連接灰?guī)r形成隔水層，從而起到阻隔地下水的作用。

1　礦山地下采礦簡要介紹

礦山地下采礦就是從地下礦床開采礦石，一般是按照開拓礦床、礦塊采準、礦塊切割以及礦石回采這四個步驟進行地下采礦的。開拓礦床就是按照礦床的產(chǎn)狀和賦存使用合理的開拓方式，確保能夠順利進行排水通風、行人運輸?shù)?。礦塊采準是指通過已經(jīng)設計好的圖紙和方案，進行巷道掘進，給礦塊切割以及回采打下堅實的工作基礎。礦塊切割主要是為礦塊回采開辟落礦空間和自由工作面，這都是在采準環(huán)節(jié)基礎上進行的，能夠給回采環(huán)節(jié)創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境?；夭删褪前训V石從礦塊中開采出來，是地下采礦的核心環(huán)節(jié)。一般來說，礦石回采包括了三個作業(yè)環(huán)節(jié)：①落礦作業(yè)環(huán)節(jié)，即按照合理的塊度把礦石從礦體中開采落下的作業(yè)環(huán)節(jié)；②出礦作業(yè)環(huán)節(jié)，即通過運輸機械將落礦作業(yè)環(huán)節(jié)采落的礦石運輸?shù)街付▍^(qū)域的作業(yè)環(huán)節(jié)；③地壓管理，即通過科學合理的支護方式對采空區(qū)進行支護，保證采空區(qū)能夠承受地表壓力[1]。

2　注漿堵水技術簡要介紹

注漿堵水技術主要是將預制漿液壓入存在水患威脅的區(qū)域，對水體進行封堵隔絕，保證地下采礦安全。針對不同的礦體屬性和地質環(huán)境，注漿堵水技術的實際應用也存在一定的區(qū)別，這也促使注漿堵水技術可以存在多種變化以應對不同的情況。在礦山地下采礦中使用注漿堵水技術，一般可以分為兩個方面的工作。

（1）全面了解礦山的基本情況。這其中主要包括五個方面的內容：①了解礦床構造，明確其走向以及傾角；②了解礦體所處地層地質特點，明確礦石藏量以及礦體分布等；③了解礦石中的礦物成分及比例。比如對于某鐵礦而言，其礦石中主要的礦物是磁鐵礦，此外還包含有少量黃鐵礦和赤鐵礦，以及微量的黃銅礦等其他礦物；④了解頂板巖石和底板巖石的穩(wěn)定性，明確這兩部分巖石的穩(wěn)定性對礦產(chǎn)開采作業(yè)環(huán)節(jié)的安全具有十分重要的參考價值；⑤了解礦山地下的水文條件，主要包括地下水的來源測定以及開采區(qū)涌水量的預估，只有明確這兩個方面，才能使用注漿堵水技術進行針對性防治。

（2）在開采區(qū)進行注漿堵水施工，這主要包含以下內容：①進行鉆孔布置，結合第一個方面的各項參考數(shù)據(jù)，合理布置注漿鉆孔；②進行漿液制備，根據(jù)預估的涌水量計算出相關開采區(qū)壁受到的水壓力，合理配置漿液各成分的比例，確保其能夠滿足堵水要求；③進行注漿，按照相關技術要求，合理進行注漿。

3　注漿堵水技術在礦山地下采礦中的應用探索

3.1工作面預注漿技術在煤礦中的應用

在井下開采中，在掘進到含水層、導水斷層等區(qū)域之前，就需要暫時停止掘進施工，對工作面進行定位鉆孔以及注漿，對含水層中的含水裂縫和通道進行封堵，起到堵水的作用。這種方法可以將巖層的位置、裂隙以及通道方向等結合起來，精準定位注漿孔的位置，能夠最大程度減少注漿孔鉆進工作量以及注漿液的耗費量。如果不想通過鉆孔的方式進行注漿，那么也可以采用水炮眼的方式進行注漿。水炮眼的注漿方式不僅作業(yè)效果比較理想，而且能夠對注漿情況進行直接觀察。但是，水炮眼對施工環(huán)境要求較高，由于地下采礦的場地較為狹窄、作業(yè)條件較差，對相關儀器設備尺寸具有很大限制。

工作面預注漿技術和地面預注漿技術存在很多相似之處。含水層間距較大，之間具有良好的隔水層的地下礦開采，一般可以采用工作面預注漿技術。此外，在巷道掘進過程中遭遇超前出水等情況時，也可以采用工作面預注漿技術進行堵水[2]。

3.2礦山地下采礦直接注漿堵水技術簡介

在巷道掘進工作面或井筒等部位發(fā)生涌水或漏水時，可以通過現(xiàn)有的炮眼、出水通道以及含水裂隙等直接進行注漿堵水。直接注漿堵水技術的應用十分廣泛，除了在地下礦井巷掘進工程中使用，在建筑物地下防滲、河床加固工程等工程中都有大量運用。通過眾多實踐運用表明，直接注漿堵水技術的施工時間很短、注漿設備和工藝都非常簡單、堵水效果十分明顯。這些優(yōu)點都確保直接注漿堵水技術能夠運用到更廣闊的行業(yè)當中。

3.3礦山地下采礦特大涌水注漿堵水技術

在地下礦山采礦過程中，地質構造一般都比較復雜，地下水活動不僅頻繁而且缺少明確的規(guī)律。在采礦作業(yè)中經(jīng)常出現(xiàn)突發(fā)涌水的地質災害，導致礦井被淹出現(xiàn)大量人員傷亡，物質設備損毀，從而給相關企業(yè)造成重大打擊。為了避免這種情況出現(xiàn)，特大涌水注漿堵水技術被提出了，其主要是在過水通道周邊進行定位鉆孔，使用堵水材料對其進行充灌，以便切斷涌水發(fā)生的源頭，然后再進行注漿加固。這種方法的鉆孔數(shù)很少，一般是在動水和靜水結合的情況下注漿，能夠及時對地下水體進行堵水。在地下礦排水通道能夠保持一定的排水能力時，注漿可以和排水作業(yè)一起進行，這種注漿方式也被稱為動水注漿；如果排水通道的排水能力不足以維持巷道不被淹沒，在巷道中設置閘門使巷道中動水逐漸變靜，排水通道逐漸被封堵，在這種情況下進行注漿就被稱為靜水注漿[3]。動水注漿的成本較低、見效甚快，能夠對堵水結果進行直接觀察檢驗；靜水注漿的成本較高、工期較長、相關工作量都較大。

3.4礦山地下采礦壁后注漿堵水技術

在某些礦山地下采礦中，需要對井巷工程進行永久性的支護，如果井壁或襯砌的壁后存在或產(chǎn)生空洞，并且發(fā)生滲水或漏水等情況時，就會加大井下施工難度，并且對地下采礦排水作業(yè)造成威脅，導致其危險性上升以及相關成本增加。這對于礦山地下采礦而言是極具負面的影響。因此，需要采用注漿堵水技術對井壁或襯砌進行加固。這種技術施工設備較少、工藝流程簡單、成本低廉而且見效迅速，能夠廣泛地運用于井筒處理、巷道淋水以及井壁加固等多個方面，切實保障礦山地下采礦安全。

4　注漿堵水技術應用實例分析

在望兒山金礦中，主要使用了中深孔與注漿堵水技術進行堵水作業(yè)，其工藝流程可以分為：形成硐室、安裝放噴裝置、鉆進、壓水試驗、注漿以及掃空等步驟。防噴裝置主要是在鉆進作業(yè)中遭遇出水結構時，鉆進存在困難時，退出鉆孔機械，將注漿球閥和注漿管連接進行注漿。防噴裝置需要使用棉紗纏住孔口，將掌子面用錨桿固定；鉆機底座要固定在承臺上。施工設備主要包括：井下潛孔鉆機和注漿設備，注漿設備主要使用了雙液調速注漿泵2TGZ-60/210，此外還有鑿巖機7655型和相關鉆具。

在確定好工藝流程和施工設備之后，首先需要布置鉆孔。布置鉆孔的基本原則是滿足注漿要求的條件下，將鉆孔數(shù)量控制在最小范圍，盡量減少施工成本和施工工作量。在望兒山金礦中，南風井貫通巷道第一段注漿施工時，布置了5個鉆孔，根據(jù)出水記錄顯示5個鉆孔的出水量逐步減少，到第3個鉆孔基本已經(jīng)不出水了，所以實際注漿堵水施工只需進行這3個孔即可。其次是注漿材料的選擇，根據(jù)實際情況主要使用硅酸鹽水泥單相漿液。如果使用硅酸鹽水泥堵水效果不明顯，則可以改用水泥和水玻璃的混合漿液。再次是漿液配比，一般根據(jù)實際情況，可以將硅酸鹽水泥的漿液分為五個配比等級。在實際施工中，首先采用配比較低的漿液進行注漿，在根據(jù)該漿液的實際表現(xiàn)再決定是否需要更換配比較高的漿液進行注漿。最后是確定注漿壓力，望兒山金礦南風井通過實際測量，其貫通巷道突水壓力在2MPa左右，所以注漿壓力可以保持在5～6MPa。

5　結束語

注漿堵水技術對礦山開采具有十分重要的作用，能夠對地下水引起的安全隱患起到很好的防治作用，大大提升了地下采礦的安全性。注漿堵水技術在使用過程中需要根據(jù)實際情況合理確定注漿孔數(shù)量和位置，合理配置漿液比例，合理確定注漿壓力等，確保注漿堵水施工能夠發(fā)揮實際效用。

[1]王雪峰.多水礦山地下采礦注漿堵水技術及案例分析[J].金屬礦山，2014.

[2]裴宏.煤礦井下注漿堵水技術探析[J].能源與節(jié)能，2012.

[3]程教伍.采空區(qū)注漿處治技術及其應用[M].北京：清華大學出版社，2012.

TD743

A

1673-0038（2015）25-0275-02

2015-6-4

王凱（1985-），男，云南昆明人，助理工程師，本科，從事工程管理工作。