壁后注漿在寶山鉛鋅礦箕斗主井施工中的應用

劉陽平,閆黎宏，王少文

(湖南漣邵建設工程( 集團) 有限責任公司， 湖南 婁底市 417000)

1 工程概況

寶山鉛鋅礦區位于有色金屬之鄉的湖南省郴州市桂陽縣城區寶嶺山。該礦箕斗主井設計井筒凈直徑4.50 m，井口標高+402 m，井底標高-430 m，井筒全深832 m。

寶山礦區處于南嶺東西向構造帶北緣，耒陽-臨武南北向構造帶中段，構造地質條件比較復雜。處于寶嶺向斜的南翼，其間一逆斷層F38穿過，走向與寶嶺向斜一致，傾角75°～80°。根據鉆孔揭露，出露地層反復出現，另外還穿過一斷層破碎帶；巖石裂隙節理較發育，部分巖層風化很強烈，并且發育有多處溶洞。井筒內白云巖、灰巖為主要的強透水層，其它各層均為弱透水層。斷層破碎帶為本場地內地下水的主要連通帶水層，井筒內多處有溶洞及裂隙。箕斗井施工過程中，-240 m以下多次出現出水和突水，最大涌水量達95.4 m3/h，總排水量達75313 m3。井筒施工至標高從+315 m至+296 m涌水量呈一個增長態勢發展，判斷為溶洞裂隙存積水，此段注漿段高為35 m，消耗水泥159.65 t。標高+262.3 m處，在井筒東北方向離井筒中心點2 m位置出現一個出水點，涌水量達到16.33～19.89 m3/h，水有時大時小現象，沒有壓力，在此處進行第二次工作面注漿，注漿段高為35 m，消耗水泥125 t。在井筒+203 m放炮之后出現了150 m3/h的強涌水，出水位置在井筒正南邊+203.7 m井壁裂隙上，為黃色泥沙漿水，井底實測穩定涌水為25 m3/h，說明水為溶洞里有限的存積水，本次共排水2.38萬m3，在此進行第三次工作面注漿堵水，注漿段高為45 m ，歷時26 d，消耗水泥103 t。

2 壁后注漿施工

2.1 注漿材料及設備選擇

注漿材料采用水泥-水玻璃雙液漿，水玻璃模數M為2.8～3.1，水玻璃溶液濃度為35～4OBe，水泥漿水灰比W/C為0.75∶1 (重量比)，水泥漿:水玻璃為1:1 (體積比)，注漿壓強為2～6 MPa，漿液擴散半徑為0.5～1.3 m。

注漿設備選擇ZBQ50/6風動注漿泵，其參數為：額定流量50 L/min，額定工作壓力6 MPa。注漿孔口管采用長1～1.5 m的鋼管，鋼管頭部200～300 mm，車成魚鱗竹節狀，頭部端頭車絲安裝高壓閘閥，尾端300 mm左右周邊鉆孔，作為漿液泄出孔。

2.2 注漿參數確定

(1) 漿液的擴散半徑。注漿過程中，漿液的擴散范圍是不規則的，但是注漿過程中，注漿壓力、注入量和漿液濃度等參數可以由人為控制和調整，以控制漿液的擴散范圍。通常情況下，含水層裂隙開度為5～40 mm時，漿液有效擴散半徑為5～9 m，結合多年井筒工作面預注漿的施工經驗，采用單液水泥漿，擴散半徑可按5 m計算。

漿液擴散過程中把鉆孔周圍一定范圍內的水擠走，并使相鄰鉆孔的漿液及周圍的巖體固結成一體，達到固結圍巖和止水效果。采用鉆1段、注1段的鉆、注交替方式進行鉆孔注漿施工。每次鉆孔注漿分段長度3～5 m。前進式分段注漿可采用水囊式止漿塞或孔口管法蘭盤進行止漿。

(2) 注漿壓力。壁后注漿壓力一般應稍大于注漿管道阻力和靜水壓力為宜，同時必須小于井壁能夠承受的壓力。根據《采礦工程設計手冊》中有關規定，結合注漿位置，確定注漿壓力為3.6～4.6 MPa。

(3) 注漿孔布置及要求。由于井壁接茬多，巖石裂隙發育，淋水嚴重且沒有大的出水點，故采用密孔法，“五花”式深淺孔配合布孔法，依次開孔，先用深孔放水泄壓，再用淺孔低壓注漿，以加固井壁及圍巖，最后用深孔高壓注漿封水。對于集中出水點漏水處采用直接造孔。

布置注漿孔時應使相鄰的兩個孔固結漿液的徑向分布有一定程度的交叉，使多余的漿液部分充填結構體間的空隙。孔間距參數決定著堵水的效果。注漿孔布置一般間排距3 m, 出水點較多的部位布孔間排距為2 m。注漿孔深度控制在1～2 m 之間，深孔數控制在總孔數的1/3。孔的排列方式一般有按行排列和三角形排列兩種(見圖 1)。

圖1 注漿孔布置示意

2.3 注漿原則

(1) 先淺后深，先固后注。針對寶山礦立井的實際情況，壁后注漿的施工順序應根據含水層的厚度分段進行，對漏水段較長的井筒，應由下而上逐段進行。分段進行淺孔注漿以改善圍巖結構，避免遇水膨脹變形，提高其自身抗壓強度，最后使注漿孔以井筒為中軸自下而上實施壁后深孔注漿，實現堵水加固圍巖的目的。

(2) 注泄結合，充分注漿。無論淺孔注漿還是深孔注漿，為保證加固圍巖和封堵水體的效果，以及井壁的安全，必須在對注漿孔注漿的同時，周邊設置泄壓排水孔。

(3) 注漿孔的數量根據堵水需要確定，各注漿孔的有效擴散半徑應相交，注漿孔一般應錯開排列，均勻布置。

(4) 壁后注漿的壓力宜比靜水壓大4～6 MPa，在巖石裂隙中的注漿壓力可適當提高。

2.4 壁后注漿工藝流程

風鉆開孔至孔深時，安裝孔口管→安設高壓閥門→用Φ32 mm鉆頭從閥門內套孔穿透外壁進入注漿層位→關閉閥門并連接好注漿設施→打開閥門→開啟注漿泵進行壓水→注入一定漿液后封孔→關閉閥門→換孔。待漿液養護一段時間后，檢查孔口是否漏水，如有漏水,再從閥門內套孔復注，直到達到堵水要求。

2.5 注漿施工

注漿前必須進行靜水壓力測定、壓水沖孔、耐壓試驗。

沿裂隙位置用風鉆配Φ42 mm鉆頭打3個以上眼(包括導水孔)，眼位盡量錯開，眼深1～1.5 m，鉆孔必須穿過裂隙面并打出水來，采用紗布將孔口管纏緊打入眼中并安裝好高壓閘閥。其中一個孔注漿，另外幾個孔高壓閥全部打開泄水。

先將注漿軟管連接到涌水量最大的孔口管注漿，其它孔高壓閥打開泄水，先注清水沖洗裂隙面，然后，再注漿，當其它孔出漿后(其中至少一個出全漿)，立即停止注漿并關閉高壓閥，迅速將注漿軟管與涌水量較小的孔口管高壓閥連接并注漿，依此順序進行，直到最后一個孔，當最后一個孔出全漿，且漿液濃度不再變稀時，靜注5～8 min，同時緩慢關閉高壓閥，并觀測巷壁承壓情況，如巷壁有變形，應立即迅速再打開高壓閥泄壓，繼續靜注，直到巷壁穩定，再緩慢關閉閘閥，結束注漿。

注漿時應控制注漿壓力，先小后大，同時注意觀測井壁承壓情況，注漿效果不佳時，可在漿液中摻加鋸木灰等封堵裂隙。

注漿濃度從小到大。根據孔口進漿量，調節注漿機流量，控制進漿的速度。對于注入漿液的流量，通過吸漿閥門和吸水閥門的調節來控制。

淋水段及有涌水出水點的巷道注漿前必須先將巷道支護好再注漿。支護前必須沿裂隙打眼，插入導管將水引出再支護，導管可使用注漿孔口管，采用紗布纏緊打入眼內防止周邊漏水并裝高壓閘閥及軟管泄水。淋水段支護時，應將支護厚度在原設計基礎上加大，噴砼段應改為錨網噴支護，以加大巷道支護承壓能力，有條件的可修改設計改用砼或鋼筋砼支護，支護前應將裂隙位置觀測或標記好，支護時應確保導水管高壓閥外露至支護體以外。

2.6 注漿效果檢驗

注漿結束后，根據注漿狀況，確定檢查孔位置。對檢查孔進行檢查，檢查孔深不小于3 m。在已注漿段內，進行鉆孔檢查，發現注漿效果良好。為保證工程質量，以獲得良好的封堵效果，應從施工一開始，到注漿結束，對全過程的每一個孔都詳細記錄，對注漿效果的分析提供資料。然后對每個孔注漿中注漿壓力、流量、漿液濃度，吸水量的變化進行分析，判斷注漿施工是否合格。

2.7 關鍵技術要點

(1) 注漿管和連接絲頭焊接必須牢固嚴密，防止因壓力過大而斷裂或漏漿。

(2) 孔口管長度為350～400 mm，全長做成到錐形馬牙口狀，安裝時保證孔口管在井壁上固定牢固。

(3) 造孔位置選擇在出水點周圍500 mm附近，不宜頂水造孔，防止因出水點附近混凝土結構疏松導致孔口管固定不牢固。

(4) 造孔深度一般在1.5～2 m之間，對于水量較大的出水點，可加深注漿孔，加大隔水層厚度，在第一次注漿效果不明顯時，可二次套孔復注。

(5) 注漿作業前必須壓水沖孔、試壓，檢查孔口管和閥門固定情況。

(6) 注漿過程中根據進漿量和注漿壓力的變化，調節進漿濃度。

(7) 拌制好的單液漿放置時間不得超過2 h，添加膨脹劑后的漿液放置時間不得超過1 h。

(8) 注漿作業前，必須仔細研究各層位的地質資料，以便確定注漿參數。在施工過程中，對含水層位在井壁上作出明顯標志，以方便注漿作業。

3 結 論

(1) 實施壁后注漿后，該井筒內的涌水量降至2 m3/h以下。實踐證明，井筒壁后注漿是一種有效的防治水方法，壁后注漿可有效的將地下含水層的涌水封堵于壁后，同時還可起到加固井壁的作用。

(2) 施工成本每延米單價減少1500元，經濟效益非常明顯，并且新方案施工更加方便，提高了支護質量，降低了維護成本，防治水質量可以得到保障。

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