地表注漿技術在井下采礦堵水工程中的應用分析

朱海明　胡國慶

摘 要：文章對地表注漿技術的工藝流程進行了必要的分析，對井下采礦作業堵水難題進行了專項分析，并提供了相應的注漿堵水對策，在這個過程中凸顯了地表注漿技術在采礦工程施工中應用的重要意義。

關鍵詞：地表注漿技術；井下采礦；堵水；注漿孔

1 地表注漿技術簡介

注漿技術早在100多年之前就已經應用于礦山領域。隨著世界范圍內科學技術的突飛猛進，注漿材料也日益多樣化，出現了諸如速凝水泥漿、細水泥漿及具有各種不同性能的化學漿等新材料，同時，注漿技術也是日新月異越來越先進，比如注漿已實現了自動化，注漿檢測普遍采用染色法等。這項技術在確保工期、保證采礦作業安全、保護礦區生態以及提高礦山經濟效益等方面發揮著重要的作用。

2 地表注漿施工工藝

2.1 注漿孔施工的工藝流程

在進行注漿孔施工之前，首先要做好平整場地的準備工作，然后將施工所用的機械安置在預定的位置，緊接著就是鉆機安裝和就位放線。放樣時，要根據設計方提供的坐標及高程控制點數據對樁定位，依次進行。當這些工作完成之后，就可以正式開始開孔鉆進。開孔打鉆時必須要根據地質資料提供的地質和施工土層的實際情況，隨時調整鉆進的速度，以便有效防止縮頸現象的發生。如發現塑性土層時應加大泵量，加快成孔速度，這可以及時避免縮頸。開孔鉆進需要在空壓機供風的配合下進行，先用Φ130的鉆頭開孔鉆進，鉆至規定的深度后下套管檢測孔徑是否符合要求，經檢測合格后換用Φ89的鉆頭繼續鉆進直至到達規定的最終深度。至于定鉆孔深度通常需要根據井下涌水點的埋深以及上部巖熔裂縫的發育情況來確定，通常是穿過構造破碎帶20米終孔。需要注意的是，施工期間應經常復核鉆頭直徑，如發現其磨損超過10mm應及時更換，確保終孔的孔徑符合設計要求。當鉆孔完成之后，就可以進行下一道工序--下套管。套管型號選用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，最后是移動鉆機完成收尾工作，這就是注漿孔的基本施工流程。

2.2 注漿的施工技術要點

注漿施工是一個復雜的過程，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程中使各項技術參數符合設計要求。以下對注漿的施工工藝進行必要的分析：

（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%以上的工業三乙醇胺、水玻璃、粉煤灰等。

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

（3）注漿壓力和灌漿量的計算。注漿施工之前需要先確定準確的注漿壓力和漿液灌注量，這兩項都可以按照公式來計算出來。注漿壓力的計算公式是：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，這三個壓力參數的單位都是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來計算。其中的消散系數A一般取1.5，漿液擴散范圍直徑R一般為6～8。裂隙率h一般取8%，填充系數β為0.9。

（4）注漿的技術要求。注漿施工過程中應該注意以下幾點：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）中的一種進行預配，在具體灌注的過程中可根據實際需要逐步提高其配比濃度。②在灌注過程中，如果發現灌注壓力驟增或驟降時，應當及時查明原因。③當遇到注漿壓力長時間達不到設計壓力時，應當采取間隔注漿或添加速凝劑注漿的方法來處理。當遇到灌漿中斷又恢復后吸漿量卻并沒有發生顯著變化的情況時，應立即停止灌漿操作，重新進行配比，或者采取措施先透孔之后再繼續注漿。④灌漿操作應當在灌漿壓力達到設計要求，吸漿速率小于5L/min·m時，再繼續灌注30秒停止。

2.3 注漿效果評價

注漿工程結束之后，我們還要采用一定的檢測方法， 對所完成的注漿工作的實際效果做出評價。在做檢測評價工作時，通常只需要選取一定數量的檢查孔進行抽樣檢測即可，檢測孔的數量以礦區內注漿孔總數的10%來選取。檢測標準為：巖溶充填和斷層構造物固結良好，檢查孔單位吸漿量2.2L/min·m，井下出水點豐水期的涌水量為8600m3/d。而在對注漿效果做出評價時，應根據漿液在空隙中的飽滿度、密實度以及注漿帷幕的連續性情況作出客觀分析。檢測手段通常是采用聲波檢測和PST法。利用前一種檢測方法得出的評價結果往往會比較客觀、準確，利用后一種方法得到的只是平均值，但后者有利于實現信息化施工。

3 井下采礦堵水工程中應用注漿技術的建議

3.1 采用超前預注法，解決斜井施工堵水難題

在斜井掘進過程中，經常會遇到地下水涌入礦井的現象。僅僅憑借抽水機不停的抽排水來暫時解決水的影響，并非長久之計。因為，長期大量的進行抽排操作，礦井附近的地下水的平衡狀態慢慢會被打破，引發一系列的環境問題。這種狀況不僅費時費電費工，還會造成能源浪費和水資源浪費。更重要的是，這種方式很難徹底解決礦井下的涌水問題。

再者，由于巖溶地板距離井筒頂板很近，如果巖體存在風化現象，特別是當巖層中還夾有黃泥時，一旦涌入地下水就會導致圍巖穩定性變差甚至會引發塌方。因此，在斜井施工中，要徹底解決涌水問題，必須采用超前預注泥漿的方法進行堵水的預先防范。需要指出的是，在灌注漿液的過程中，必須分段預注，分段掘進，并加強支護。而且，每段都應當設置一道止漿墻以防止跑漿、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題

原位直注法是一種在出水點位置進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2m3/h的巖體破碎帶涌水區。使用這一方法的前提條件是，發生涌水的那片巖體區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等設備在其上進行鉆孔作業，以及能承受正常注漿的初始壓力。在運用這一方法時，需要做好注漿前的準備工作，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一段時間，以確認設備完好。在注漿時一定要密切注視漿液壓力表的狀態，一旦達到設計壓力，注漿就要立即停止。另外，由于運用這一方法時要求采用雙液漿注漿泵，而這種泵的使用費用與普通的注漿泵的使用費用相比要高出許多。

3.3 運用間接返注法，解決井下空間狹小鉆機難以進入的堵水問題

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