滿(mǎn)海波

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局321 地質(zhì)隊(duì)，安徽 銅陵244033）

礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)與利用過(guò)程中，礦山開(kāi)采注漿方案設(shè)計(jì)是開(kāi)采設(shè)計(jì)中的重要組成部分，對(duì)深部資源安全開(kāi)發(fā)利用至關(guān)重要。 基于此，本文以新橋礦山為研究對(duì)象，結(jié)合露天采場(chǎng)頂板溶洞注漿工程，進(jìn)行了礦山開(kāi)采注漿方案研究。

1 概 況

新橋礦山開(kāi)采注漿方案設(shè)計(jì)以露天采場(chǎng)頂板溶洞注漿工程為主要對(duì)象，設(shè)計(jì)施工5 個(gè)鉆孔，注漿6個(gè)鉆孔（實(shí)際施工3 個(gè)鉆孔，注漿4 個(gè)鉆孔）。 本次施工鉆孔主要分布在－24、－48、－108 m 3 個(gè)露天采礦平臺(tái)，鉆探進(jìn)尺預(yù)計(jì)約為400 m，注漿量約8 000 m3。 注漿材料采用尾砂漿加膠凝材料混合漿液。礦業(yè)公司分東西兩翼進(jìn)行開(kāi)采，西翼采用地下開(kāi)采方式。 由于磯頭巖株的存在，使得東西兩翼的水文地質(zhì)單元相對(duì)獨(dú)立，其中東翼水文地質(zhì)單元較為復(fù)雜，而西翼水文地質(zhì)單元相對(duì)簡(jiǎn)單。 東翼開(kāi)采以地表露天開(kāi)采方式為主，后續(xù)逐漸轉(zhuǎn)入深部地下開(kāi)采。2018 年5 月19 日，東翼露天開(kāi)采轉(zhuǎn)地下開(kāi)采項(xiàng)目－320 回風(fēng)道發(fā)生頂板較大涌水，涌水量約1.2 萬(wàn)立方米。 6 月份露天水位下降。 8 月24 日，礦山對(duì)露天溶洞群－ 48 m 平臺(tái)地表出口進(jìn)行全尾充填，20 min 后在井下涌水處漏漿。 9 月份，井下涌水處進(jìn)行擋墻封堵，隨后露天水倉(cāng)水位上升。 通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)涌水的主要原因在于礦體頂板溶洞群、斷裂帶與井下連通，因此必須進(jìn)行注漿處理。 基于此，本文以露天頂板溶洞注漿方案設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，提出注漿方案以封堵露天頂板溶洞及斷裂帶，進(jìn)而阻斷與露天轉(zhuǎn)地下項(xiàng)目井下的水力聯(lián)系方案。

2 注漿施工方案

2.1 注漿材料和配比

注漿材料選用以結(jié)合礦山開(kāi)采實(shí)際情況就近選材為原則，本文采用礦山選礦尾砂和膠凝材料混合漿，膠凝材料與尾砂配比1 ∶6～1 ∶10。

2.2 注漿工藝

2.2.1 注漿方式

本文所選的注漿施工方法為自下而上的分段注漿法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)注漿段反復(fù)注漿充填的目的。注漿方式主要包括：（1） 采用水泵壓入和自溜相結(jié)合的方式進(jìn)行，在注漿過(guò)程中先自溜尾砂混合漿，直至泵壓升高后更換成濃度高的尾砂混合漿，并采用水泵壓入方式注漿；對(duì)于大裂隙注漿時(shí)，若注漿量已超過(guò)設(shè)計(jì)注漿量且有起壓跡象時(shí)，一般采用間歇注漿或者在漿液中添加礫石等惰性材料［1］；（2） 孔口封閉孔內(nèi)循環(huán)加壓注漿，漿液首先被輸送到孔底，注漿段也可得到多次反復(fù)地充填和堵塞。

2.2.2 注漿孔段

工程注漿層巖溶裂隙發(fā)育極不均勻，因此，注漿段長(zhǎng)應(yīng)視具體情況而定：（1）在溶洞發(fā)育區(qū)，沖洗液全部漏失，即停鉆進(jìn)行注漿；（2）巖溶裂隙不發(fā)育段即鉆探?jīng)_洗液部分或全部返水，且?guī)r性完整，注漿層可作為一個(gè)注漿段；（3）在接觸破碎帶、斷裂構(gòu)造帶以及嚴(yán)重風(fēng)化帶等容易塌孔部位，應(yīng)根據(jù)鉆探工藝要求＂短打勤注＂，確保注漿過(guò)程中不塌孔、不埋鉆，若在注漿過(guò)程中未能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)需要掃空再注。

2.3 壓水試驗(yàn)

壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法壓水，采用流量計(jì)計(jì)量。壓水試驗(yàn)結(jié)果是選擇初始注漿漿液類(lèi)型和濃度的主要依據(jù)。 壓水試驗(yàn)采用BW-250 注漿泵，壓水試驗(yàn)壓力為1 MPa。

在每段灌漿前進(jìn)行壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)之前需測(cè)量鉆孔內(nèi)初始水位情況并記錄。 單點(diǎn)法壓水是在穩(wěn)定的設(shè)計(jì)壓力下進(jìn)行的。 本文采用每5 min 測(cè)讀壓入流量，直至連續(xù)4 次讀出的最小值與最大值之差小于最終值的10%，或者連續(xù)4 次讀數(shù)的最大值與最小值之差小于1 L／ min 時(shí)，可以結(jié)束該段的壓水試驗(yàn)，并將最終值作為壓水試驗(yàn)數(shù)值計(jì)算的最終計(jì)算值［2］。 壓水試驗(yàn)的結(jié)果一般采用透水率q表達(dá)，其計(jì)算公式為：

式中q為透水率， Lu；Q為最后一次壓水流量，L／ min；P為壓水試驗(yàn)過(guò)程中的全壓力，MPa；L為每段壓水試驗(yàn)長(zhǎng)度，m。

2.4 注漿壓力

注漿過(guò)程中需要施壓灌注，注漿壓力是漿液擴(kuò)撒的主要?jiǎng)恿Γ彩欠治鰸{液在巖石裂隙中擴(kuò)散充填擠密過(guò)程是否正常的主要判據(jù)。 注漿壓力是隨著注漿周?chē)鷰r石裂隙大小、密集程度、漿液的擴(kuò)散、沉析、充填壓裂等變化。 注漿壓力分為初始?jí)毫?、過(guò)程壓力以及終值壓力三個(gè)階段［3］。

此外，在巖溶發(fā)育的地段，巖溶裂隙、溶洞等極為發(fā)育，使得該區(qū)域的過(guò)水通道多呈管道流的形式。因此在巖溶發(fā)育地段進(jìn)行注漿時(shí)不需要過(guò)高的注漿壓力，尤其是在注漿初期，但在注漿后期，可適當(dāng)提高注漿壓力。 根據(jù)研究區(qū)地下水壓力，并考慮到地層允許壓力和漿液的強(qiáng)度，不同注漿段應(yīng)采用不同的注漿終壓，基巖注漿時(shí)一般采用大壩基礎(chǔ)灌漿的經(jīng)驗(yàn)公式的水頭壓力的1.5 ～2.0 倍，設(shè)計(jì)本工程的注漿壓力見(jiàn)表1。

表1 同注漿段設(shè)計(jì)注漿終壓

不同配比的漿液具有不同的濃度值，導(dǎo)致漿液比重存在差異。 因此，表1 中設(shè)計(jì)的孔口表壓數(shù)值僅為設(shè)計(jì)參考值，在開(kāi)展注漿過(guò)程中應(yīng)根據(jù)具體變化略有調(diào)整。 此外，注漿完成后進(jìn)行封孔注漿，此時(shí)封孔注漿孔口表壓應(yīng)結(jié)合鉆孔深度確定，一般采用不小于表1 中所對(duì)應(yīng)孔深的孔口表壓數(shù)值。

若注漿過(guò)程中遇到溶洞時(shí)，可先采用自溜或低壓的方式進(jìn)行充填注漿，直至溶洞中漿液充填至一定程度時(shí)再采用較高壓力對(duì)溶洞充填物壓密或劈裂注漿，直至達(dá)到設(shè)計(jì)終壓和吸漿量。 若在注漿過(guò)程中出現(xiàn)堵孔，應(yīng)該進(jìn)行掃孔后再注。

2.5 漿液濃度的變換

本次注漿工程主要位于露天采礦區(qū)域底部以及不同采礦邊坡臺(tái)階部位，因此大多數(shù)注漿孔較淺。此外，研究區(qū)域地表巖溶較為發(fā)育，存在較多的巖溶裂隙以及溶洞等，使得在注漿過(guò)程中容易出現(xiàn)跑漿等現(xiàn)象。 因此，在注漿過(guò)程中對(duì)漿液濃度的選擇、變化以及控制要求較高，若漿液濃度變化不當(dāng)，則容易出現(xiàn)大量漿液浪費(fèi)現(xiàn)象，所以初始濃度必須根據(jù)打鉆揭露的巖溶情況確定。

在遇到洞高大于1 m 的大溶洞裂隙，孔口無(wú)返水的孔段，開(kāi)始即采用初始濃度較大的尾砂混合漿液，當(dāng)注漿的漿液注入量超過(guò)100 m3后仍然不起壓，則需要對(duì)漿液進(jìn)行濃度改換，一般改用濃一級(jí)漿液。 若采用最濃的漿液配比（1 ∶6）仍然出現(xiàn)不起壓現(xiàn)象，則可通過(guò)間歇性注漿解決，間歇性注漿一次約注入漿液100 m3，等漿液出現(xiàn)初凝后，在終凝以前必須進(jìn)行孔口投料處理。

當(dāng)孔口部分返水時(shí)，應(yīng)按下面兩種情況分別對(duì)待：（1）當(dāng)保持注漿壓力不變的情況下，注入率持續(xù)減少時(shí)，或者保持注入率不變，注漿壓力持續(xù)升高時(shí)，不能改變注漿漿液配比；（2）若注漿過(guò)程中某一比級(jí)注漿的注漿時(shí)間超過(guò)6 h 或者注漿量超過(guò)50 m3時(shí)注漿壓力和注入率均保持不變或者變化不顯著時(shí)，將注漿漿液濃度改濃一級(jí)再注漿。

2.6 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)是指在正常注漿過(guò)程中注漿結(jié)束的判別標(biāo)準(zhǔn)，常見(jiàn)的注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)包括：①單次注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，單次注漿是常見(jiàn)的注漿方式，當(dāng)注漿壓力呈持續(xù)上升并達(dá)到了最終的設(shè)計(jì)壓力，且鉆孔吸漿量小于10 L／ min 時(shí)，若在穩(wěn)壓20～30 min 后無(wú)其他變化時(shí)，可認(rèn)為單次注漿達(dá)到了結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)；若單次注漿未能達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的段次注漿，包括間歇性注漿等，可通過(guò)掃孔處理后不壓水直接注漿，直至達(dá)到單次注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為止；②注漿段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，該階段是在達(dá)到①單次注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的條件下，對(duì)其進(jìn)行掃孔沖洗，進(jìn)而開(kāi)展壓水試驗(yàn)，若壓力呈持續(xù)穩(wěn)定上升最終達(dá)到設(shè)計(jì)終壓時(shí)，在保持穩(wěn)壓20 ～30 min 后單位吸水率q值小于5Lu 時(shí)，可以認(rèn)為注漿達(dá)到了結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)；③注漿孔（整孔） 結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)現(xiàn)①和②的條件下，進(jìn)行灌注后掃孔處理，進(jìn)行全孔壓水試驗(yàn)，直至單位吸水率小于7Lu 時(shí)，可認(rèn)為都達(dá)到了終孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。 灌漿段封孔采用不分段一次性壓力灌漿封孔，使用結(jié)實(shí)率高的配比尾砂混合漿液（配比根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)），灌漿壓力為終孔段的最大灌漿壓力，流量小于30 L／ min，穩(wěn)壓20 min。

2.7 注漿鉆孔

本次所設(shè)計(jì)的注漿鉆孔主要分布在－24、－48、－108 m 三個(gè)露天采礦平臺(tái)上，其中A17－1 鉆孔已完成鉆探，其余鉆孔預(yù)計(jì)施工進(jìn)尺約400 m，注漿參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 頂板溶洞注漿鉆孔參數(shù)表

2.8 注漿過(guò)程中特殊情況的處理措施

2.8.1 邊坡跑漿、溶洞注漿的處理措施

注漿區(qū)域?yàn)槁短觳傻V場(chǎng)底部以及不同采礦邊坡臺(tái)階部位，該區(qū)域?qū)儆趲r溶發(fā)育區(qū)域，存在較多的巖溶裂隙、溶洞，因此巖層各向異性較為明顯。 此外，注漿的漿液擴(kuò)散受控于巖溶裂隙發(fā)育程度、溶洞規(guī)模等，加之治理區(qū)域靠近開(kāi)采邊坡，因此在注漿過(guò)程中極易出現(xiàn)邊坡跑漿等問(wèn)題。 為了提高注漿效果，有效封堵露天采礦頂板溶洞，應(yīng)結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況采取低壓、濃漿、限流、限量、間歇注漿等措施進(jìn)行處理。 一般在注漿中后期采用加壓注漿方式，能夠有效提高注漿質(zhì)量，尤其是在溶洞充填物或者巖溶裂隙發(fā)育部位進(jìn)行劈裂或者壓密注漿，可以有效地促使?jié){液側(cè)向擴(kuò)散，使得注漿有效擴(kuò)散半徑明顯增加，提高注漿質(zhì)量。 若邊坡跑漿，應(yīng)根據(jù)跑漿位置和跑漿程度采用間歇注漿、充填砂石等惰性材料的方法。

2.8.2 鉆孔串漿、地表冒漿、注漿中斷的處理措施

治理區(qū)巖溶發(fā)育，一般導(dǎo)水通道連通性較好，鉆孔串漿、地表冒漿在所難免，如果發(fā)現(xiàn)鉆孔串漿，可采取以下兩種措施：（1）立即停注，待漿液初凝掃孔后再注；（2）立即在串漿的鉆孔安裝注漿裝置，同時(shí)注漿。 如果發(fā)現(xiàn)地表冒漿，則應(yīng)采取上述第一種處理措施。 注漿中斷是注漿中經(jīng)常出現(xiàn)的情況，如果中斷時(shí)間短，可壓水后再注，如果中斷時(shí)間較長(zhǎng)，則應(yīng)掃孔后再注。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，礦山資源量開(kāi)采過(guò)程中，礦山開(kāi)采注漿設(shè)計(jì)至關(guān)重要，是降低開(kāi)采安全風(fēng)險(xiǎn)的有效措施之一。 本文以新橋礦山為例進(jìn)行了開(kāi)采注漿方案設(shè)計(jì)研究，簡(jiǎn)要地講述了注漿工藝流程以及注漿過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。