某铁矿-205 m水平 11-1#大水钻孔注浆成果分析

韩增营,王 亮

(1.山东省莱芜市莱新铁矿有限责任公司, 山东莱芜市 3711032;2.长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)

某铁矿-205 m水平 11-1#大水钻孔注浆成果分析

韩增营1,王 亮2

(1.山东省莱芜市莱新铁矿有限责任公司, 山东莱芜市 3711032;2.长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)

通过注浆现场调查及注浆资料分析,结合矿山现有地下水监测资料,对矿山-205 m水平 11-1#大水钻孔的注浆成果进行了综合分析与研究,指出注浆封堵了矿井东南方向的裂隙水,小时涌水量减少 180 m3,确定了矿山适宜的注浆设备与工艺参数,为矿山下一步帷幕注浆奠定了基础。

铁矿;大水钻孔;注浆成果

莱新铁矿位于山东省莱芜市境内,属典型大水矿山,现采用井下帷幕注浆方案开展防治水工作。该铁矿-205 m水平西部 11-1#孔在钻进过程中曾经涌出大量黄泥,出水约 150～180 m3/h,水量大,水压高,为典型大水钻孔。经过两个多月的注浆封堵,累计注入水泥近 2000 t,圆满完成了在雨季来临前对-205 m西部顶板大理岩裂隙的帷幕注浆加固工作。

1 钻孔参数及注浆流程

1.1 钻孔涌水情况

11-1#孔位于-205 m西部 11#充填回风巷对面,钻孔方位:168°,倾角 300°,孔深 61.5 m。该孔于 2008年 5月 4日开孔,5月 6日结束。钻进过程中在 9 m处见水 4 m3/h,在 35 m处水量增大至 15 m3/h,在 55 m处水量增大至 25 m3/h,在 58 m处水量增大至 60 m3/h,水质混浊,钻至 61.5 m提钻后孔内有大量黄泥流出,约 30 m3,10 min后孔内水量逐渐增大至 180 m3/h,水质逐渐变清。孔口安装阀门关闭,经放大炮震动,再打开阀门后,孔内又有黄泥涌出,约 20 m3。黄泥流出后水量有所减少(150 m3/h)。

1.2 注浆流程及参数

11-1#孔于 2008年 5月 9日夜班开始注浆,至7月 12日早班结束,历时 34 d,注浆初压 3.0 MPa,终压 10MPa,累计注入水泥 1956.5 t。注浆过程:注浆起始先按 1.5∶1的水灰比,以 120 L/min的流量起注,5 d后不起压加大,注浆浓度增加至 1∶1,注浆压力达 5 MPa时,累计注入 606 t;之后注浆浓度由1∶1调至 1.5 ∶1,压力达 7 MPa时,又注入水泥1037.75 t;之后注浆浓度又调至 2.0∶1,流量调小至60 L/m,至注浆终压 10 MPa,又注入水泥 312.75 t。

2 注浆后堵水效果

2.1 矿井涌水量明显下降

注浆初期矿井涌水量平均为 540 m3/h,注到449 t时,矿井涌水开始有所降低,至 6月 25日(注入水泥 1424.5 t),矿井涌水量减少 110 m3/h,降到400 m3/h以下,到注浆结束时,矿井涌水量平均为360 m3/h,涌水量明显降低,注浆堵水效果十分明显(见表1)。

表1 -205 m 11-1#孔注浆量与水压、涌水量的关系

2.2 地表水位回升

地面水文孔水位大幅上升,从距 11-1#钻孔最近的地面东南方向 390 m处 LX1孔 5月 1日至 7月9日的水位变化曲线(见图1)可以明显看出,水位从 87 m上升到 109 m,上升 22 m(同期降雨只有41.8 mm,对地面水位没有影响),旱季水位没降反升,说明注浆封堵了涌水通道,水位上升。

图1 LX1孔时间-水位变化曲线

与此同时,井下水压升高幅度也较大,据表1显示,-205 m水平水压由 5月初的 2.1 MPa上升到2.97MPa(6月 30日),升高 0.87MPa,接近 2007年雨季后的数值。

3 注浆成果分析

(1)注浆封堵了矿井东南方向来的裂隙水。通过 11-1#孔的注浆和地面水位变化的情况分析,在矿区东南侧 390 m的 LX1孔水位上升 19 m,而距11-1#钻孔较远的地面西南方向 1050 m处 LX5水文观测孔水位基本没有变化。从这一点,也可以说明 11-1#孔注浆封堵的是东南方向的进水通道,或者说该裂隙的走向是东南 30°,对西南方向的进水没有影响。

(2)-205 m水平南侧顶板大理岩存在较大岩溶裂隙过水通道。11-1#孔在 58～61.5 m处(标高-172.359～-169.25 m)两次突水涌出大量黄色粘土(约 50 m3),说明在该处存在一个大的岩溶裂隙,裂隙内充填黄色粘土;涌水量达到 150～180 m3/h,说明裂隙宽度大、涌水通道畅通。按配比 1∶1水泥浆结石率为 75%,根据注浆量推算,1956.5 t水泥,1∶1浆液体积为 2543.45 m3,岩溶裂隙或溶洞体积大约为 1907.58 m3,相当于宽 1.0 m、长 200 m、高9.5 m的大裂隙。说明在-205 m水平西部下盘南侧顶板标高-172.359 m以上的大理岩中存在一条较大的岩溶裂隙或过水主通道。1956.5 t水泥量是到目前为止单孔注入量最大的,同时-205 m水平、-219 m分段及其它地点没有发现跑浆现象,说明浆液扩散到-205 m水平以上岩溶裂隙中。从图2可以明显看出,随着注浆量的增大,压力是缓慢上升的,其注浆压力为 4.5～7.5MPa(相当于水压的 1.5～2.5倍),注入水泥量达 1250 t。

图2 11-1#孔注浆量和压力曲线

11-1#孔是-205 m水平顶板的一个探水孔,附近其它钻孔孔深都小于 58 m,虽然也揭露了不少裂隙,但出水量不大,没有揭露到主裂隙,也没有突出裂隙充填物,因此注浆量均较小。

(3)确定了注浆设备、材料和工艺参数。通过上半年的注浆,特别是 11-1#孔的长过程大量注浆,证明BGP120/15-55型高压泵在流量和压力两方面均适合莱新铁矿高压注浆要求;在 11-1#孔的注浆过程中,根据注浆压力变化及时调节注浆浓度,保证了注浆量。注浆压力达到 5.0MPa后及时调整水泥浆配比为 1.5∶1,至压力 7 MPa时,共注进1037.75 t水泥,说明莱新铁矿注浆压力 5～7 MPa时注浆量最大,水泥浆浓度配比选 1.5∶1也比较适合。

4 结论与建议

通过对-205 m水平 11-1#大水钻孔注浆成果的分析,首先认为此次注浆封堵了矿井东南方向的主通道裂隙水,至于注浆封堵效果如何,需要下一步施工钻探工程检查;其次-205 m水平南侧顶板大理岩存在较大岩溶裂隙过水通道,是下一步防治水工作的重点;另外,此次注浆确定了适合该矿山的注浆设备、材料及工艺参数等有关问题,为下一步帷幕注浆工程奠定了基础。

[1] 何修仁,等.注浆加固与堵水[M].沈阳:东北工学院出版社,1990.

[2] 地质矿产部.水文地质手册[M].北京:地质出版社,1978.

[3] 房佩贤.专门水文地质学[M].北京:地质出版社,1987.

[4] 王 军.岩溶矿床帷幕注浆截流新技术 [J].矿业研究与开发,2006,26(S1):151～153.

2009-04-19)

韩增营(1969-),山东莱芜人,长期从事矿山防治水研究与施工工作,Email:sdlwhzy@163.com。