淺談水文地質勘察及帷幕注漿在銅陵有色安慶銅礦深部礦區防治水工程中的應用

魏晨曦

（銅陵有色礦產資源中心，安徽 銅陵 244000）

安慶銅礦位于長江中下游鐵銅成礦帶中部，隸屬于銅陵有色金屬集團股份有限公司。東馬鞍山礦體位于安慶銅礦以東，東馬鞍山北部一帶，受三疊系下中統南陵湖組，月山組大理巖與閃長巖之間形成的矽卡巖接觸帶控制，沿東馬鞍山倒轉背斜的倒轉翼（即北翼和北西翼），作陡傾斜產出，為一隱伏的接觸交代矽卡巖型銅鐵礦床。礦體形態復雜，嚴格受接觸帶控制，總體是西高東低，呈階梯狀側伏，相關研究認為該處礦體周邊含水構造較發育且富水性較強。通過前期的水文地質條件的研究，也證實了相關研究結論，特別是導水構造產狀、空間分布規律及富水性等性質，這些都阻礙了礦區的開采與生產發展。為確保東馬鞍山礦體安全、經濟、高效回采，最大程度地削弱地下水對礦體開采的影響，充分利用礦山探礦及開采時的地質、水文地質資料，針對東馬鞍山礦體平面上不同的富水性，開展水文地質勘察及帷幕注漿治理是很有必要的。本文通過施工過程中的一些具體環節，展開討論。

1 重要意義

該項工程主要目的是通過水文地質勘察及編錄，收集分析礦區水文地質情況，開展礦床充水因素研究、突水特征及規律研究、突水危害預測研究、探水及治水方案研究等工作，查明礦床范圍水文地質條件，探明含水構造特征及分布情況。隨后采用局部礦體外側帷幕注漿防治水的綜合處理辦法，針對威脅礦山安全開采的含水裂隙帶，實施有效地注漿封堵，從而真正做到安全、經濟、高效的采礦模式。同時，有效的帷幕帷幕注漿也可以大幅減少礦產開采過程中的排水壓力，從而又能節約一筆不小的生產費用，避免了能源的浪費。

2 礦區主要含水巖組及富水性

（1）松散巖類孔隙含水巖組。由第四系全新統坡積、沖積亞砂土夾砂及砂礫層透鏡體組成，局部含粘土層，呈雙層結構。

（2）碎屑巖類裂隙含水巖組。由中三疊統銅頭尖組粉砂巖、月山組上段含鈣質粉砂巖等組成，裂隙較發育，但多閉合而連通性差，一般含水極弱或不含水，風化帶及局部張性裂隙密集帶富水性稍好。

（3）碎屑巖夾碳酸鹽巖裂隙巖溶含水巖組。由中三疊統月山組上段鈣質粉砂巖夾不純大理巖組成，裂隙巖溶較發育，礦區鉆孔見溶洞率25%，礦體附近埋藏較深，未見溶洞，局部可見溶孔。富水性弱—中等。

（4）碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組。按地層巖性、含水介質特征、富水性等可分為月山組中段（T2y2）含水層組，月山組下段（T2y1）含水層組，南陵湖組（T1n）含水層組。

月山組中段（T2y2）含水層組：由角礫狀大理巖組成，地層破碎，巖溶裂隙發育，且相對均勻，連通性好。巖溶形態以小溶孔、溶蝕裂隙為主，局部有溶洞，孔隙率5%～20%。富水性中等-強。月山組下段（T2y1）含水層組：由三疊系中統月山組下段白云質大理巖組成，該層裂隙一般不發育，巖溶僅局部發育，巖溶形態主要為小溶孔、溶隙，溶洞少見。富水性弱。南陵湖組（T1n）含水層組：由三疊系下統南陵湖組中厚層大理巖組成，該層巖溶裂隙在南部發育，向北隨埋深的增加逐漸減弱。富水性中等～強，但不均勻。

（5）巖漿巖類裂隙含水巖組。由燕山期閃長巖和閃長玢巖組成。閃長巖（月山巖體）：裂隙一般不發育，風化帶裂隙較發育。坑下各中段均揭露該層，其中在中部及西部裂隙不發育，一般干燥無水，僅探礦孔揭露有涌水點。閃長玢巖（總鋪巖體）：分布于礦區東部外圍，為礦區東部相對隔水邊界。

3 水文地質勘察鉆孔施工要求

探水鉆孔開孔口徑110mm，鉆進4m后停鉆，然后埋設孔徑108mm長4.5m的孔口管，孔口管外側加工凸臺，安裝時管壁外側纏繞棉紗并涂抹水泥漿，孔口安裝閘閥后壓水實驗，待抗壓強度達到10MPa后，方能正常鉆進，正常鉆進時改用75mm鉆頭。如鉆進過程中遇到突水或者破碎帶卡鉆，則可停鉆注漿，采取孔口封閉純壓注漿法全段封孔，起到封堵涌水裂隙、加固破碎帶的作用，隨后重新掃孔，直至終孔。

所有探水孔兼具水文地質勘察孔及注漿作用，探水孔即為水文勘察注漿孔，對于鉆孔的施工技術要求如下：

（1）將鉆孔按種類和次序統一編號，現場用全站儀確定孔口位置，實際開孔位置與放點位置偏差不得大于10cm。

（2）鉆孔的開閉孔孔徑及終孔深度應和設計相符，施工過程中加強孔內排粉作業，孔底殘留巖粉需小于30cm。

（3）鉆進過程中的沖洗液選用清水，如孔內破碎掉塊嚴重，則可選擇泥漿護壁。

（4）鉆進過程應時刻做好預防突水的準備工作，突水前通常會有先兆情況，如涌水量突然變大，水壓突然升高，一旦發生突水，應立即鎖止鉆桿夾持器，利用孔口反力裝置慢慢退出孔內鉆桿，隨后關閉孔口閥門，準備注漿封堵工作。

（5）鉆孔偏斜度：偏斜容許范圍不大于孔深的1.0%。注入漿液初凝后應及時掃孔，減少重復鉆進，提高成孔率，減少偏斜。

（6）完整基巖巖芯采取率不低于70%，破碎基巖不低于50%，并準確進行水文地質編錄。

（7）探水勘察孔進行水文地質編錄，準確標明孔位坐標、方位角、孔深、孔徑、換層標高，巖層描述，巖溶發育位置，充填物狀態，取芯率，偏斜率，下套管部位，以及鉆進過程中的故障情況等均要準確記錄。

（8）探水勘察孔需全孔取芯，并在班表表上記錄孔內破碎帶位置，出水點位置，出水量水壓及孔內出水顏色；

4 注漿工藝及參數設計

4.1 注漿材料及配比

注漿材料在受注巖層中有效擴散是確保注漿堵水成功的關鍵，由于受注巖層為大理巖，裂隙發育極不均一，既有強富水的細裂隙，局部也存在寬大的導水裂隙。為此，注漿材料采用水泥粘土漿、單液水泥漿兩種漿液。單液水泥漿：水灰比為2:1、1.5:1、1:1、0.8:1四種，當注漿孔采用水泥粘土漿連續灌注100m3，仍不能達到設計結束標準時采用。深部礦床局部裂隙為細小裂隙，當漿液擴散不夠時，可使用超細水泥。當存在滲漏點時，可采用水泥水玻璃雙液漿。

注漿材料要求如下：①水泥：普通硅酸鹽水泥，水泥標號不應低于P.042.5號。水泥必須符合質量標準，不得使用受潮結塊的水泥。②粘土：采用袋裝膨潤土。③水玻璃：模數2.8～3.4，濃度宜為35～45波美度。④水：一般工業用水。

4.2 注漿參數設計

①注漿分段長度：一般情況注漿分段長度為5m～10m，但當鉆孔揭露單點涌水量達到10m3/h時，停鉆注漿，不受注漿長度的限制。②注漿壓力：注漿壓力取1.5～2倍的靜水壓力。礦體頂板30m以內為重點注漿段，適當提高注漿壓力。③漿液擴散半徑R：漿液在地層中的擴散取決于很對因素，如地層的裂隙產狀、裂隙開度、裂隙富水程度及地下水的流速、注漿的壓力、注漿材料的配比濃度及凝結時間等很多因素，目前暫時沒有一個準確地計算公式用以測算注漿半徑，類比之前其他礦山的注漿經驗，暫時將漿液擴散半徑定為5m，實際擴散情況需施工檢查孔觀察取得的巖心中是否有殘留注漿體。④漿液注入量：根據同類巖溶礦山井下注漿工程經驗，重點段注漿按1.0m3/m，非重點段按每米0.3m3/m。

4.3 漿液配合比的確定

當注漿段涌水量小于30m3/h、或ω小于150L/min/m，采用水固比3:1水泥粘土漿開灌，逐級加濃。注漿段涌水量大于30m3/h、或ω大于150L/min/m，采用水固比1:1水泥粘土漿開灌。一次水泥粘土漿注漿量大于100m3時：采用間歇注漿或單液水泥漿，間歇時間為20分鐘到1小時。

4.4 養護、掃孔與復注時間的確定

一個注漿段注漿后，為了復注或下行繼續鉆進，鉆具首先要穿過已注段（俗稱掃孔）。當養護時間過長、掃孔速度慢，且可能出現孔斜；反之，時間過短會影響注漿質量。另外，每一個注漿段，往往不可能一次就完成注漿工作，最少復注一次，多則幾次。為達到注漿堵水目的，根據不同的注漿材料，對養護、掃孔與復注時間的規定如下：當采用高壓水泥單液濃漿灌注結束注漿時，注漿結束4小時后開始掃孔。當低壓單液水泥稀漿結束注漿時，注漿結束后6小時開始掃孔。

4.5 注漿結束標準

入整個注漿的過程均符合設計要求，且達到以下終止注漿的標準：①注漿壓力穩步上升，最終達到設計終壓標準。②漿液注入量：單液漿小于20升/分時、雙液漿小于60升/分，壓力穩定15～30分鐘，即可終止本次注漿。

5 礦體旁側帷幕注漿效果檢測

數據分析：通過對比各序鉆孔涌水量、注漿量的差別，及注漿過程中漿液配比的選用及注漿壓力值的變化，可以作為前期判斷注漿效果的一種手段。通常情況，一序孔、二序孔、三序孔揭露的涌水量、注漿量均呈遞減的態勢。施工檢查孔：后序孔可對前期孔作注漿檢查，同時依據前期出水鉆孔的出水位置、出水量及注漿量，定點施工檢查孔，目的是檢查前期注漿情況，同時確認含水裂隙帶的位置及走向，檢查孔的深度，不小于注漿孔的深度，檢查孔數為注漿孔的10%。

6 結語

做好礦區水文地質地理的勘探工作以及鉆探過程中探孔的分布結構設計工作，是提高水文地理地質勘探報告質量的重要條件，也為確保礦區安全生產和開采以及合理開發和利用地下水提高了重要理論數據，而注漿治理則是從根本上的解決了礦區開采掘進過程中因地下水問題而形成的安全隱患，保障了礦區生產的正常進行。