礦山地下開采注漿堵水技術分析

梅世洲

(大冶有色設計研究院有限公司)

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礦山地下開采注漿堵水技術分析

梅世洲

(大冶有色設計研究院有限公司)

為促進礦山地下開采注漿堵水技術的發(fā)展，分別從注漿孔的設置安排、注漿深度、注漿段高和方式、注漿材料選用等方面對注漿堵水工程的設計方案進行了詳細分析，在此基礎上，對注漿堵水工程實施方案、注漿堵水技術的工藝流程及安全要求進行了詳細探討，對于確保地下礦山安全生產有一定的參考價值。

地下采礦注漿堵水技術設計方案工藝流程安全要求

礦山地下采礦是一個較復雜且具有一定危險性的行業(yè)，若不有效處理漏水問題則極易嚴重影響采礦效率及進度，甚至威脅到井下人員的生命安全。注漿堵水技術的快速發(fā)展，為解決地下開采時出現(xiàn)的漏水問題提供了一種行之有效的方法[1-3]。為進一步促進該項技術在地下礦山的應用，本研究對礦山注漿堵水工程的設計方案、實施方案、工藝流程以及安全要求進行探究，供相關應用參考。

1　礦井注漿堵水工程設計方案

(1)注漿孔設置安排。一般來講，注漿擴散半徑多為9m，注漿孔圈與礦井荒徑中部保持1.3m的距離，為此，需設置3個尺寸一致的注漿孔，注漿孔設置完畢后，應仔細檢查各注漿孔偏斜的情況和程度，若無法滿足施工要求，須實施補孔，若確保注漿套管的平均偏斜率達到1.3%，須當?shù)V井井筒的斷面在超過其規(guī)定的半徑后，及時將注漿孔安放于凈徑之內。

(2)注漿深度。對注漿深度的設計應結合比較整個礦井的深度，設計的注漿深度應低于礦井深度11m。當深度差達到11m后便會觸及富(含)水層，此時須加大注漿深度保障作業(yè)安全。

(3)注漿段高和方式。決定注漿段高的條件因素包括巖層涌水量及注漿泵排量等。通常底層設計的注漿段高為35～45m，而對于一些富水層區(qū)域，其設計范圍應為25～35m。為確保平均注漿段高達到90m，在注漿時基本采用2種方法一并使用即上行和下行模式。通常來講，首先執(zhí)行分段的下行模式，待注漿全深之后再轉換模式，依據(jù)由下至上的順序實施分段上行的重復注入模式[4]。

(4)注漿材料選用。我國礦井注漿作業(yè)時大多采用水泥漿液，若面對較大裂縫的石灰?guī)r，需選用濃度更高的水泥漿液確保黏合持久有效。相對于成本較高的膨脹水泥，黏土水泥漿液則較簡易廉價且可注性十分優(yōu)異，此外，該類黏土水泥漿液基本不會造成任何環(huán)境污染，因而在礦井施工過程中，宜廣泛運用。

2　礦井注漿堵水工程實施方案

2.1鉆孔防斜及糾偏

施工中注漿質量的影響因素較多，其中較關鍵的因素便為注漿孔的平均偏斜率，若確保較高的注漿質量，注漿孔的平均偏斜率有必要低于4.8%，另外注漿套管的平均偏斜率也應低于1.6%，平均測點的距離應為10.5m。通常需遵照3個參考標準來衡量鉆孔防斜及糾偏工作是否高效完成：①確保灰土盤地的均勻程度和平整性，在安裝鉆孔機時，須留意立軸中心、鉆孔中心、天輪中心的平行程度，唯有依靠平整的鉆孔機3個中心，才能使其成為1條直線；②確保主桿與加重管相互呈現(xiàn)出垂直狀態(tài)，且鉆桿與巖芯管也應保持垂直，應選擇長度大于4.5m的巖芯管；③在實施鉆孔作業(yè)前，需進行相關的準備工作，如檢查立軸螺絲是否擰緊，確保鉆機鉆入給壓時不產生誤差，此外，為加大鉆孔半徑，使用導向鉆具具有可行性，同時，采用循漸進的操作模式，可有效降低鉆進大傾角以及換巖層時機械承受的壓力，加重鉆具常被用于糾偏鉆孔，施工時選用的巖芯管長度宜偏長，使用無外齒刃類型的鉆頭，若偏差較嚴重，可采用自制糾偏器實施輔助糾偏。

2.2止?jié){塞的使用原則

(1)面對小半徑的注漿孔時，可使用鉆頭進行開拓，對于大半徑的漿孔，可在現(xiàn)有注漿孔的基礎上，對其進行擴大加寬。為便于止?jié){塞的運作，宜使用變徑臺階。

(2)將黃泥與干草混合后置入孔內，將調制的水泥漿注入孔內。需注意的是，確保注漿孔平均深度保持在13m，安置9d使其凝固成形，采用直徑74mm的鉆頭鉆入水泥臺，將止?jié){塞置入注漿孔以提升作業(yè)效果[5]。

(3)正確選用鉆頭，否則會影響整個施工進度及孔壁的完整程度，在面對松軟破碎層類似問題時，首先采用四翼型的鉆頭實施開拓工作，然后用圓形的鉆頭將其替換可有效擴大注漿孔半徑。

(4)對于下段部分的施工，宜采用高鉆模式實施，該方式可有效控制鉆進所需的時間，并且可有效降低對孔壁造成的破壞。

(5)在施工過程中，需將三爪止?jié){塞的半徑從75mm適當調整至105mm，以便擴大孔壁鉆進的深度，滿足施工要求。

(6)對于較淺的礦井，可用人造孔壁，運用壓蓋往管口處注入較濃的水泥漿液，進行14h養(yǎng)護，可首先使用鉆頭進行90mm的深度擴展，精確確定止?jié){塞的位置后，繼續(xù)延伸擴深18mm，可有效確保漿液到達下方止?jié){塞的位置。

2.3注漿作業(yè)過程中的注意點

(1)注漿效果的質量在很大程度上直接受泵壓及泵量的影響，因此在注漿開始時，確保泵量低于145L/min，隨著施工過程中深度的加深，緩慢上調泵壓。在面對穩(wěn)定泵壓和大吸漿量現(xiàn)象時，可采取加大漿液濃度的方式提高泵壓。在出現(xiàn)小吸漿量現(xiàn)象時，宜降低漿液濃度，確保擴散距離及單位注入量符合施工需求。

(2)確保漿液可有效凝固，須合理分配掃孔、提鉆、復注幾項工作的用時。對于提鉆而言，提鉆過早會造成反漿現(xiàn)象的發(fā)生，而提鉆過晚，則會出現(xiàn)鉆桿被固定的情況，因此最合適的提鉆時間通常為0.5h。掃孔工作在很大程度上影響漿液的平整度，一般來講，在提鉆工作完成4h后宜進行掃孔操作，較早開展復注工作將直接影響漿液結石體的強度，較晚開展復注工作則會減緩整個注漿工作的進度，因此最適宜的復注時間通常為24h內[6]。

3　注漿堵水技術工藝流程及安全要求

3.1注漿堵水技術工藝流程

注漿堵水技術的工藝流程包括：①需提前在礦井附近建造1個位置適宜的造漿系統(tǒng)，運用礦斗運送水泥漿和水玻璃，確保儲蓄水泥漿和水玻璃的容器與地面材料的接應工作順利開展；②確保注漿泵可均勻攪拌水泥漿和水玻璃漿液，將兩者的混合漿液同時注入注漿管中運用高壓類設備在巖層的裂縫中注入漿液，使得結石體的強度及滲水功能達到相應的標準。

3.2安全要求

(1)相關施工人員應嚴格遵守安全生產標準及其他要求進行整個注漿堵水工程的相關操作，鑒于漿液的腐蝕性和刺激性，施工人員須在施工之前佩戴相應防護用具(如防護眼鏡、衣物，特別是防護手套)[7]。

(2)拆卸孔口管端部的過漿裝置時，須確保其壓強得到完全釋放后方可進行，否則，裝置內可能會噴射出漿液，對施工人員造成不必要的傷害。

(3)在完成注漿堵水工作之后，應進行不定期的抽查工作，可采用隨機抽選打孔的方式檢測是否存在漏水現(xiàn)象。

4　結　語

為確保礦山地下開采的安全進行，本研究結合近年來礦山注漿堵水技術的發(fā)展成果，對礦山注漿堵水工程的設計方案、實施方案、工藝流程進行了詳細分析，并對注漿堵水工程實施的安全要求進行了討論，對于確保礦山堵水工程的有效實施有一定的參考價值。

[1]張鑫，譚卓英，賈華，等.地下透滲結構頂板注漿堵水能力分析[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2016(1)：256-257.

[2]張勇，張乃寶.大水礦山區(qū)段注漿堵水實踐[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(2)：199-200.

[3]蘇紅蕊.上盤扇形帷幕注漿堵水工藝在馬莊鐵礦的應用[J].現(xiàn)代礦業(yè),2014(10)：111-112.

[4]李淑娟.煤礦礦井施工中注漿堵水技術的應用研究[J].煤炭技術，2014(3)：71-73.

[5]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(8)：129-133.

[6]王亮.大水金屬礦床井下近礦體帷幕注漿堵水技術研究[D].長沙：長沙礦山研究院，2011.

[7]王國林，曹志松.注漿堵水技術在棗泉煤礦回風斜井防治水中的應用[J].河南科技，2013(4)：65-66.

2015-09-15)

梅世洲(1964—)，男，工程師，435005 湖北省黃石市新下陸冶煉路65號。