摘要： 文中以湖北省阳新县良荐桥钼矿井下-185m突水点注浆防治水工程为例,叙述了帷幕注浆的主要工序及施工关键技术, 丰富了我国矿井水患防治的理论和实践,为类似矿井的水害治理提供了可贵的施工范例。
关键词：帷幕施工,钻孔注浆,压水试验,施工技术
1 前言
随着我国经济的持续高速发展,对钼矿、煤炭等资源的需求日益增长,形成了矿产探采开发的新一波高峰期。由于我国部分矿产的地质条件、水文地质条件复杂;突水掩井事故的发生事件时见报道于媒体自2006年10月开始,我公司采用帷幕注浆截流技术,对湖北省阳新县良荐桥钼矿井下-185m突水点开展了治理工程,至2007年元月工程取得了明显的治理效果。该项目的成功实施为我国矿井水害治理提供了帷幕注浆防治水技术应用的成功范例,为类似矿井的水害防治提供了宝贵的借鉴经验。
2 工程概况
湖北省阳新县良荐桥钼矿位于阳新县陶港镇，距阳新县城北约10Km。2006年7月28日在-185m平巷相距竖井120m处发生突水、突泥，突水量约150m3/h。突水发生后，因坑内排水泵量不够，地下水位上升到+17.00m标高，造成矿井被淹。2006年8月21日开始进行强排抽水，每小时200m3到400m3的排水量。2006年8月22日在ZK5801孔的西北方向出现地面塌陷，到2006年8月27日在ZK5802的南东方向出现了地面塌陷，被迫停止强排抽水，竖井再次被淹，全矿停产。突水事故发生后，钼矿迫切需要治水，为了寻找水源通道，委托武汉科岛地球物理勘测公司进行物探，采用电阻率测探方法。为了尽快恢复生产，新武矿业有限责任公司委托湖北中南勘察基础工程有限公司对矿区水文地质条件及防治水方案进行研究，并要求尽快进场施工。其目的：通过地面注浆堵水，尽快恢复矿山的生产。
3 地质及水文情况
3.1 地质情况
矿区位于黄姑山-犀牛山倒转背斜的东部，东邻道士湖，西为良荐内湖，南接黄家山、老虎山，北有良荐河，地形南高北低。洪水期除南面靠山的丘陵湖沼地带外，三面环水。矿区内大都为第四系地层覆盖，仅局部山头和据钻孔资料，主要地层有奥陶系下统灰岩、大理岩;志留系下统高家边群炭质页岩，页岩夹粉砂岩;白垩-第三系下统东湖群砾岩、巨砾岩、泥质粉砂岩夹细-中砾砾岩等。
3.2 水文气象情况
气候属亚热带温湿气候区，雨量充沛。据阳新县气象站1961～1982年气象统计资料，年降雨量为883.5～1865.5mm，雨季一般集中在6-8月份。区内地表水系发育，东部为道士湖、赛桥湖，中部为良荐内湖，湖水标高13.44～17.2m，1954年最高洪水位标高21.9m。北部良荐河河水流量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沟补给。当地侵蚀基准面标高15～17m。
4 施工方案
4.1 施工方案
于矿区水文地质资料比较欠缺，对突水的来源无法准确判断，再加上井内巷道已全部被淹，通过在巷道内打孔注浆堵水是不可能了。为了能让矿山尽快排水恢复生产，采取以突水点为中心，在直径为16m的圆周上均匀布置6个钻孔进行注浆，如图1所示，钻孔间距为8m，分两序施工。设计钻探进尺1320m，注浆方量约为3000m3。
4.2 注浆方式
采用孔口封闭，全孔循环，自上而下分段注浆，这种注浆方式具有注浆质量好的优点。对于勘察孔，钻至设计孔深后，先分段做压水试验，然后在预定位置下置止浆塞从上而下分段注浆;对于注浆孔，钻进一段注一段，待注浆段达到结束标准后，再扫孔钻进进行下一段灌注，直到终孔封孔。
钻孔孔径：开孔孔径≮φ130mm，终孔孔径φ91mm。
5 施工关键技术
5.1 钻探施工
本工程钻探采用的设备是宜昌机械制造厂生产的YL-6型钻机，该钻机设计最大能施工600m深孔，完全能够满足本工程钻孔要求。在施工过程中，ZK6号孔在井深200m以后，由于上部孔段岩石遇水或风易崩解，造成垮孔，允许采用泥浆护壁钻进，其余钻孔均采用清水钻进。在钻进过程中，机台记录人员严格按照技术要求，将钻进过程中遇到的掉钻、垮孔、冲洗液消耗等情况详细记录，取上岩心按照从上而下的原则顺序摆放在岩心箱内，填好岩心隔板，并进行简易水文观测。技术人员根据有关规范要求进行现场编录，测定岩石的质量指标R.Q.D值，勘察孔岩心还需要照相。
5.2 钻孔孔斜测量
本工程钻孔测斜采用的是上海地学仪器研究所生产的JJX-3SⅡ高精度测斜仪，测量方式为点测、直读。所有钻孔均按照技术要求进行孔斜测量，在开孔段及换径位置加密测量，钻孔达到终孔深度后必须进行孔斜测量。经测量计算，所有钻孔的孔斜率均符合技术要求，孔斜率最大的为ZK3号钻孔(孔斜率为0.96%)，最小的为ZK4号孔(孔斜率为0.23%)。
5.3 注浆施工
本次注浆工作采用孔口封闭，全孔循环式注浆，采用这种注浆方式具有注浆质量好的优点。但是在个别钻孔，特别是上部岩溶裂隙比较发育的钻孔，由于该段承受不了下面注浆所需的压力，因此无法进行全孔循环式注浆。比如ZK3号钻孔在第3、4、5段采用的是纯压式注浆，避免压力过大对上部岩溶发育段重复产生破坏。注浆段长原则上采用30m一段，为加快施工进度，采用φ42钻杆作为射浆管，注浆时将射浆管下置距离受注段段底不超过0.5～5.0m。
5.3.1 注浆材料及浆液配置
注浆采用的水泥为华新水泥厂生产的P.O32.5普通硅酸盐水泥。水泥细度要求为通过80μm方孔筛筛余量不大于5%，进场水泥均有出厂合格证和出厂检验分析报告;尾矿砂为就近选矿尾矿库提供，其质量要求为质地坚硬，最大粒径不大于2.5mm，细度模数不大于2.0，SO3含量不大于1%，含泥量不大于3%的尾矿砂;
浆液有水泥尾砂浆和纯水泥浆两种。水泥尾砂浆采用灰砂比为1:1，水固比有2:1、1.5:1、1:1、0.8:1、0.6:1五个级配供注浆选择，主要应用于岩溶裂隙比较发育孔段;纯水泥浆水灰比有3:1、2:1、1.5:1、1:1、0.8:1、0.6:1六个级配供注浆选择，主要应用于岩石较完整，岩溶裂隙不发育孔段。
5.3.2 洗孔、压水试验
为提高注浆效果，使钻孔四周的裂隙得到充分的填充，注浆前，所有孔段均进行了冲洗。冲洗方法采用高压脉冲法，冲洗压力采用注浆压力的80%。冲洗结束的标准为回水变清、无残留物为止。为了解岩层的渗透情况，便于指导注浆施工，注浆前，所有孔段均进行了压水试验，试验方法采用孔口封闭，或孔内胶塞止水封闭，单点式压水试验。压力表安装在孔口，流量观测采用灌浆自动记录仪自动计量。试验压力取灌浆压力的80%，或孔口压力表的表压值不大于1.0MPa。试验时每5分钟观测一次流量和压力值，当流量和压力保持相对稳定，在稳定的压力下，流量连续四次读数其最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L/min时，视为符合稳定结束标准，结束该段压水试验，取最终值做为计算值。
5.3.3 注浆压力控制
注浆压力系指注浆段承受的全压力，是浆液在孔内运行的动力。孔内循环式注浆施工是将压力表安装在孔口回浆管路上，注浆压力采用静水压力的1.5～2.0倍。循环式注浆压力采用下式计算：
式中：P—注浆压力(MPa);
P1—孔口压力表压力(MPa);
P2—浆柱压力(MPa);
Pf—管路损失压力(MPa)。
为便于指导孔口压力的控制，各个注浆段设计注浆压力随钻孔深度变化情况如表1所示。
5.3.4 注浆结束标准
注浆压力均匀持续上升达到设计终压，同时钻孔吸浆量小于10L/min时，稳定20～30min，即可结束注浆。
5.3.4 封孔
注浆孔最后一段达到注浆结束标准后，采用“全孔灌浆封闭法”进行封孔。全孔灌浆完毕，将射浆管下置距孔底不超过0.5～2m处，用浓水泥尾砂浆将孔内稀浆置换，观察孔口反浆情况，待孔口返出浆液为浓浆，即孔内稀浆已完全被置换时，将射浆管提升至孔口，采用孔口纯压式注浆封孔，封孔压力使用最大灌浆压力，封孔注浆持续时间不小于30分钟。封孔结束后，由于浆液凝结析水会在孔口产生空孔段，对空孔段采用浓浆回填饱满。
6 灌浆效果检查
本次防治水工程于2007年元月14日完成全部注浆工作，矿方于2007年元月18日竖井开始排水，排水量约180m3/h。20日中午12点，竖井水位降至-90m。由于需要安装泥浆泵，20日下午1时停止抽水，19:15分恢复抽水，在停止抽水的6个多小时里，竖井水位上升仅6.7cm，地下水动储量补给是很小的，理论估算约为2.119m3/h。21日凌晨5点竖井水位降至-121.4m。当竖井水位降至-168m时，由于突水时产生的大量泥质物沉淀在底部，导致水泵及排水管堵死，无法正常排水。考虑地下水动储量补给很小，遂决定加工水桶进行提水，于元月25日下午开始提水。竖井水位已降至突水点以下，-185m平巷清淤工作已经结束，突水点基本没有水流出。目前竖井排水量约6m3/h，突水时涌水量按150m3/h计算，本次注浆突水点堵水率大于95%，超过合同约定的突水点堵水率(80%)，具体见表2。
7 结束语
该工程就其治水工程的规模、设计思想、施工难度、治理效果等方面而论,是一个成功的、成效显著的工程,同时也丰富了我国矿井水患防治的理论和实践,为类似矿井的水害治理提供了可贵的施工范例。
参考文献
[1] 阳新县新武矿业有限责任公司. 井下-185m突水点注浆防治水工程施工竣工报告[R]. 阳新县: 湖北省阳新县新武矿业有限责任公司, 2007.
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