梅世洲

(大冶有色设计研究院有限公司)



矿山地下开采注浆堵水技术分析

梅世洲

(大冶有色设计研究院有限公司)

为促进矿山地下开采注浆堵水技术的发展，分别从注浆孔的设置安排、注浆深度、注浆段高和方式、注浆材料选用等方面对注浆堵水工程的设计方案进行了详细分析，在此基础上，对注浆堵水工程实施方案、注浆堵水技术的工艺流程及安全要求进行了详细探讨，对于确保地下矿山安全生产有一定的参考价值。

地下采矿注浆堵水技术设计方案工艺流程安全要求

矿山地下采矿是一个较复杂且具有一定危险性的行业，若不有效处理漏水问题则极易严重影响采矿效率及进度，甚至威胁到井下人员的生命安全。注浆堵水技术的快速发展，为解决地下开采时出现的漏水问题提供了一种行之有效的方法[1-3]。为进一步促进该项技术在地下矿山的应用，本研究对矿山注浆堵水工程的设计方案、实施方案、工艺流程以及安全要求进行探究，供相关应用参考。

1　矿井注浆堵水工程设计方案

(1)注浆孔设置安排。一般来讲，注浆扩散半径多为9m，注浆孔圈与矿井荒径中部保持1.3m的距离，为此，需设置3个尺寸一致的注浆孔，注浆孔设置完毕后，应仔细检查各注浆孔偏斜的情况和程度，若无法满足施工要求，须实施补孔，若确保注浆套管的平均偏斜率达到1.3%，须当矿井井筒的断面在超过其规定的半径后，及时将注浆孔安放于净径之内。

(2)注浆深度。对注浆深度的设计应结合比较整个矿井的深度，设计的注浆深度应低于矿井深度11m。当深度差达到11m后便会触及富(含)水层，此时须加大注浆深度保障作业安全。

(3)注浆段高和方式。决定注浆段高的条件因素包括岩层涌水量及注浆泵排量等。通常底层设计的注浆段高为35～45m，而对于一些富水层区域，其设计范围应为25～35m。为确保平均注浆段高达到90m，在注浆时基本采用2种方法一并使用即上行和下行模式。通常来讲，首先执行分段的下行模式，待注浆全深之后再转换模式，依据由下至上的顺序实施分段上行的重复注入模式[4]。

(4)注浆材料选用。我国矿井注浆作业时大多采用水泥浆液，若面对较大裂缝的石灰岩，需选用浓度更高的水泥浆液确保黏合持久有效。相对于成本较高的膨胀水泥，黏土水泥浆液则较简易廉价且可注性十分优异，此外，该类黏土水泥浆液基本不会造成任何环境污染，因而在矿井施工过程中，宜广泛运用。

2　矿井注浆堵水工程实施方案

2.1钻孔防斜及纠偏

施工中注浆质量的影响因素较多，其中较关键的因素便为注浆孔的平均偏斜率，若确保较高的注浆质量，注浆孔的平均偏斜率有必要低于4.8%，另外注浆套管的平均偏斜率也应低于1.6%，平均测点的距离应为10.5m。通常需遵照3个参考标准来衡量钻孔防斜及纠偏工作是否高效完成：①确保灰土盘地的均匀程度和平整性，在安装钻孔机时，须留意立轴中心、钻孔中心、天轮中心的平行程度，唯有依靠平整的钻孔机3个中心，才能使其成为1条直线；②确保主杆与加重管相互呈现出垂直状态，且钻杆与岩芯管也应保持垂直，应选择长度大于4.5m的岩芯管；③在实施钻孔作业前，需进行相关的准备工作，如检查立轴螺丝是否拧紧，确保钻机钻入给压时不产生误差，此外，为加大钻孔半径，使用导向钻具具有可行性，同时，采用循渐进的操作模式，可有效降低钻进大倾角以及换岩层时机械承受的压力，加重钻具常被用于纠偏钻孔，施工时选用的岩芯管长度宜偏长，使用无外齿刃类型的钻头，若偏差较严重，可采用自制纠偏器实施辅助纠偏。

2.2止浆塞的使用原则

(1)面对小半径的注浆孔时，可使用钻头进行开拓，对于大半径的浆孔，可在现有注浆孔的基础上，对其进行扩大加宽。为便于止浆塞的运作，宜使用变径台阶。

(2)将黄泥与干草混合后置入孔内，将调制的水泥浆注入孔内。需注意的是，确保注浆孔平均深度保持在13m，安置9d使其凝固成形，采用直径74mm的钻头钻入水泥台，将止浆塞置入注浆孔以提升作业效果[5]。

(3)正确选用钻头，否则会影响整个施工进度及孔壁的完整程度，在面对松软破碎层类似问题时，首先采用四翼型的钻头实施开拓工作，然后用圆形的钻头将其替换可有效扩大注浆孔半径。

(4)对于下段部分的施工，宜采用高钻模式实施，该方式可有效控制钻进所需的时间，并且可有效降低对孔壁造成的破坏。

(5)在施工过程中，需将三爪止浆塞的半径从75mm适当调整至105mm，以便扩大孔壁钻进的深度，满足施工要求。

(6)对于较浅的矿井，可用人造孔壁，运用压盖往管口处注入较浓的水泥浆液，进行14h养护，可首先使用钻头进行90mm的深度扩展，精确确定止浆塞的位置后，继续延伸扩深18mm，可有效确保浆液到达下方止浆塞的位置。

2.3注浆作业过程中的注意点

(1)注浆效果的质量在很大程度上直接受泵压及泵量的影响，因此在注浆开始时，确保泵量低于145L/min，随着施工过程中深度的加深，缓慢上调泵压。在面对稳定泵压和大吸浆量现象时，可采取加大浆液浓度的方式提高泵压。在出现小吸浆量现象时，宜降低浆液浓度，确保扩散距离及单位注入量符合施工需求。

(2)确保浆液可有效凝固，须合理分配扫孔、提钻、复注几项工作的用时。对于提钻而言，提钻过早会造成反浆现象的发生，而提钻过晚，则会出现钻杆被固定的情况，因此最合适的提钻时间通常为0.5h。扫孔工作在很大程度上影响浆液的平整度，一般来讲，在提钻工作完成4h后宜进行扫孔操作，较早开展复注工作将直接影响浆液结石体的强度，较晚开展复注工作则会减缓整个注浆工作的进度，因此最适宜的复注时间通常为24h内[6]。

3　注浆堵水技术工艺流程及安全要求

3.1注浆堵水技术工艺流程

注浆堵水技术的工艺流程包括：①需提前在矿井附近建造1个位置适宜的造浆系统，运用矿斗运送水泥浆和水玻璃，确保储蓄水泥浆和水玻璃的容器与地面材料的接应工作顺利开展；②确保注浆泵可均匀搅拌水泥浆和水玻璃浆液，将两者的混合浆液同时注入注浆管中运用高压类设备在岩层的裂缝中注入浆液，使得结石体的强度及渗水功能达到相应的标准。

3.2安全要求

(1)相关施工人员应严格遵守安全生产标准及其他要求进行整个注浆堵水工程的相关操作，鉴于浆液的腐蚀性和刺激性，施工人员须在施工之前佩戴相应防护用具(如防护眼镜、衣物，特别是防护手套)[7]。

(2)拆卸孔口管端部的过浆装置时，须确保其压强得到完全释放后方可进行，否则，装置内可能会喷射出浆液，对施工人员造成不必要的伤害。

(3)在完成注浆堵水工作之后，应进行不定期的抽查工作，可采用随机抽选打孔的方式检测是否存在漏水现象。

4　结　语

为确保矿山地下开采的安全进行，本研究结合近年来矿山注浆堵水技术的发展成果，对矿山注浆堵水工程的设计方案、实施方案、工艺流程进行了详细分析，并对注浆堵水工程实施的安全要求进行了讨论，对于确保矿山堵水工程的有效实施有一定的参考价值。

[1]张鑫，谭卓英，贾华，等.地下透渗结构顶板注浆堵水能力分析[J].现代矿业，2016(1)：256-257.

[2]张勇，张乃宝.大水矿山区段注浆堵水实践[J].现代矿业，2015(2)：199-200.

[3]苏红蕊.上盘扇形帷幕注浆堵水工艺在马庄铁矿的应用[J].现代矿业,2014(10)：111-112.

[4]李淑娟.煤矿矿井施工中注浆堵水技术的应用研究[J].煤炭技术，2014(3)：71-73.

[5]王雪峰.多水矿山地下采矿注浆堵水技术及案例分析[J].金属矿山，2014(8)：129-133.

[6]王亮.大水金属矿床井下近矿体帷幕注浆堵水技术研究[D].长沙：长沙矿山研究院，2011.

[7]王国林，曹志松.注浆堵水技术在枣泉煤矿回风斜井防治水中的应用[J].河南科技，2013(4)：65-66.

2015-09-15)

梅世洲(1964—)，男，工程师，435005 湖北省黄石市新下陆冶炼路65号。