宝山箕斗主井注浆堵水施工技术

陈迎军　吴泽雄　王祖辉　胡益民

摘要：湖南宝山矿业有限公司箕斗主井水文地质复杂，裂隙溶洞发育，含水丰富，在井筒掘进施工过程中，单孔最大涌水量达96m3/h，工作面预注浆困难（升压快，注不进去）。文章针对以上情况，技术上采取了“高压力、小段高”和“反复注浆、反复扫孔复注”的措施，并且大胆使用了化学注浆材料，取得了很好的成果，为井筒延深施工创造了良好的条件。

关键词：立井井筒；化学浆液；裂隙发育岩层；工作面预注浆；效果检验

中图分类号：TD265 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）27-0090-03

随着全球矿产资源需求量的增加，浅部资源已逐渐枯竭，国内外矿山都相继进入深部开采，国内大多数金属矿山也已进入深部开采，如辽宁红透山铜矿、安徽冬瓜山铜矿，开采深度均在800m以上，相应地，我国目前已建成的千米竖井逐年增多，地下水害的影响也日渐严重，同时也是所有工作中的重点和难点。立井井筒的注浆堵水工作在很大程度上制约着立井施工的速度，加快立井水害的治理，也是缩短矿井建设工期的关键之一。

湖南宝山矿业有限公司二期工程箕斗主井井筒深度830m，由于水文地质复杂，裂隙溶洞发育，含水丰富，由于水害的影响，严重制约着井筒的施工质量及进度和安全。但通过井筒的预注浆堵水，确保了施工时的安全，同时保证了井筒能安全有效地掘进。

1 工程概况

湖南宝山矿始于汉初，兴于唐宋，现代宝山建矿于1966年，2011年因提质扩能新建箕斗主井，投产后设计年产量提高到50万吨。

宝山箕斗主井井筒净直径4.5m，净断面15.9m2，掘进直径5.1m，掘进断面20.43m2，混凝土支护壁厚300mm，设计深度830m。2013年6月，当井筒施工至井深639.6m（-237.6m）时，因在646.97m（-244.97m）处有一层厚为1.55m的断层破碎带。为安全起见，井筒停止掘进，在井底浇筑混凝土止浆垫（3m厚）对下部井筒进行探水。

2 立井井筒地质水文特征

井筒施工穿过此段岩层主要为砂岩、白云岩、灰岩，其中-228.91～-239.6m为砂岩，灰色，细粒，巨厚层，主要成分为石英。裂隙发育，充填有碳物质，裂隙中也夹有方解石角砾，岩芯完整，呈长柱状；

-239.6～-242.49m为灰岩，灰白色中细粒，巨厚层，主要成分为方解石。裂隙发育，充填铁锰质，岩芯完整，呈长柱状；-242.49～-246.97m为白云岩，白色，细粒，巨厚层，主要成分为白云岩。裂隙发育，充填铁锰质，岩芯完整，呈长柱状；-246.97～-248.52m为1.55m厚断层破碎带，红棕色，岩芯极破碎，破碎带中主要充填有铁锰质和泥质物，夹方解石角砾，为一逆断层，断层倾角30°。-248.52～-253.27m为白云岩，灰白色，中细粒，巨厚层，主要成分为方解石和白云岩。裂隙发育，充填铁锰质，方解石脉发育；-253.27～

-434.6m为灰岩，灰-灰白色，中细粒，巨厚层，主要成分为方解石。方解石脉发育，局部夹有黑色石英角砾，岩芯完整，呈长柱状。在井筒-317.21～-320.22m有一处3.01m厚溶洞，施工接近至此段再采取相应的措施

处理。

白云岩、灰岩为主要的含水层，且溶洞、裂隙、断层发育，导水性强，使地表水与地下水直接联系对施工造成较大影响。通过观测钻孔的水位变化，相对静止水位从初始的83.00m（相当于标高的+317.00m）位置上升至71.10m（相当于标高的+328.90m）位置，其原因为在646.97m处穿过一层厚为1.55m的断层破碎带，使得本孔的地下水通过断层破碎带与周边的地下水发生了联系。经过简易抽水试验，测得其涌水量为159.84m3/d，即6.66m3/h。

综上所述，此段主要为裂隙含水。水文地质条件复杂，微裂隙发育、岩石破碎，稳固性差。

3 立井延深注浆方案

根据箕斗主井前期注浆堵水情况以及地勘资料综合分析，由于-240m工作面埋藏深、水压大、裂隙发育，为保证注浆效果和工程进度，决定采用分段探水注浆，反复注浆反复扫孔的方式进行施工。

3.1 注浆段高

根据钻机的能力，探水注浆段高确定为50m，注浆结束后掘砌50m，为下一段注浆预留10m的岩帽。

3.2 注浆孔布置

井筒净直径为4.5m，注浆孔布置圈径为3.9m，即开孔中心距离井壁0.3m。根据实际情况沿工作面内3.9m圈径均匀布置16个探水注浆孔，孔间距为0.6m。其中先施工8个单号孔，后施工8个双号孔，双号孔兼作检查单号孔注浆用。待16个注浆钻孔全部施工结束后，在井筒中心直径2m的同心圆上均匀布置2个检查孔，用以检查注浆效果并作补充注浆。

注浆孔角度：除了考虑便于打钻以外，注浆孔的角度主要根据裂隙的方向及其分布情况来确定，为保证有足够的浆液扩散半径来保证注浆止水效果，根据本次注浆含水层的分布情况，注浆孔倾角布置为：

A=sin-1（S+A）/H

式中：

S——孔底超出井筒荒径的距离，取3.0m

A——孔口距井筒荒径的距离，取1.0m

H——为注浆段高取，60m

经计算：径向倾角为4.10时，注浆孔底距荒径为3.0m。考虑到含水层实际位置与预计位置有一定的偏差，故注浆孔倾角定为6°～7°。

3.3 注浆方式

采用压力入下行式注浆方法，搅拌站设在地面，距井口3m。搅拌好的化学浆液经一趟专用管路输送到井底注浆平台上。1台2TGZ-60/21°型注浆泵及浆液桶、清水桶等都布置在注浆平台上。造孔选用1台MKQJ120/40-HT型风动冲击式潜孔钻机，布置在止浆垫上的钻机工作台上（距止浆垫1.5m）。钻孔穿过止浆垫后，如钻孔内涌水量超过3m3/h，则停止钻进，开始注浆；待浆液初凝后，扫孔到原孔深。若钻孔涌水量仍大于3m3/h，需要进行复注。直到涌水量不超过3m3/h时，方能继续延深钻孔到设计位置。注孔完全达到注浆结束标准后，才能结束注浆。endprint

3.4 注浆参数的选择

3.4.1 注浆终压。注浆压力是驱动浆液在裂隙中流动扩散、充填、压实的能量，是控制浆液扩散距离的重要因素，根据本段工作面注浆的实际数据记录及注浆效果，本次注浆静水压力应在4.5～5.0MPa之间，加之以往的工作面预注浆经验，本次注浆的终压应控制在12～14MPa（静水压的2～3倍左右）。

3.4.2 注浆结束标准。注浆压力达到终压后，将泵量调整到20～30L/min，并稳定20min，即可结束该段注浆。

3.4.3 浆液总注入量。本次注浆是高压微裂隙注浆，很难准确计算出浆液总注入量。估计60m段高注浆需消耗P425水泥500t，水玻璃20t，化学浆液（MJ-1改性脲醛树脂）200t。

3.4.4 注浆材料。本段注浆施工采用单液水泥浆和水泥-水玻璃双液浆。当压力大单液水泥浆注不进去时，改用化学注浆材料。

4 注浆施工

4.1 第一阶段施工

2013年6月29日至11月25日，由宝山项目部自己的施工队伍施工，布置注浆孔数为8个，-240m工作面注浆钻孔施工1395m，消耗水泥318.65t，水玻璃4765kg。

2013年7月4日探得2#孔施工至28m时最大涌水量为95.4m3/h，对2#孔进行了40天的强行排水，9月4日探得6#孔施工至41m时最大涌水量为92.49m3/h，10月4日探得7#孔施工至50m时最大涌水量为96m3/h，其余孔都有不同程度的涌水。在经过大量的注浆后，为了保证下一步施工的安全，又在2#、5#、6#、7#边上加钻一个补斜孔，斜6#孔在13m处又有49.9m3/h的涌水。

井筒在后续的扫孔过程中，仍有不同程度的涌水，且水量不大，压力大，微裂隙发育，注浆量消耗不大。

鉴于以上情况，2013年12月18日对箕斗主井重新浇筑止浆垫，预埋13个孔口管，改用水玻璃-水泥双液浆进行注浆堵水，至2014年3月14日箕斗主井钻孔施工1231.5m，注浆消耗水泥71.33t，水玻璃21015kg。在进行双液浆封堵后的探孔过程中仍存在不同程度的涌水，且水量不大，压力大，注浆量消耗不大，远没有达预期的注浆效果。致使箕斗主井的施工工期严重推后。

4.2 第二阶段施工

针对前一阶段工作面埋藏深、微裂隙发育，压力大，且在用水泥和水玻璃注浆时注浆量消耗不大，注浆之后扫孔又出现小量水的水文地质情况。经业主介绍，项目部聘请了河北邯郸鲁石注浆工程有限公司进行注浆。在原止浆垫上重新浇筑一层止浆垫布置注浆孔16个（钻孔图见图2），外扎径向角6°～7°，孔深60m。这一阶段共钻孔扫孔2120m，消耗水泥11.65t，水玻璃6920kg，脲醛树脂浆液A液92.425t，B液350kg，取得了较好的效果，确保了每个注浆孔深度都达到了60m。

注浆施工自2014年3月15日开始，至同年的4月30日结束，针对前期施工时存在的微裂隙发育，压力大，且在用水泥和水玻璃浆液注浆时注不进去的情况，改用昂贵的脲醛树脂为主液的化学浆液。

本次探水注浆先布置的8个奇数孔，奇数孔施工完后再施工偶数孔，偶数孔兼作检测孔。在施工过程中基本没有大水出现，在单号孔的施工过程中，出水量最大为7#孔在10m处涌水量为20m3/h，9#孔在11m处的涌水量为15m3/h，5#孔在54m处的涌水量为10m3/h，其余单号孔的涌水量在3m3/h左右。在4月16日至4月30日的双号孔的施工过程中，其中涌水量最大的为2#、6#、14#孔，涌水量为3m3/h，其余孔的涌水量都在1m3/h以下，经检查封水率达到80%，浆液注入量达70%，经过最后的钻孔出水情况看，最小涌水量为0.5m3/h，最大涌水量为3m3/h，个别钻孔无水，探水注浆效果较好。

对前阶段存在的微裂隙发育，压力大，注浆后扫孔又有少量涌水的情况，本次钻孔扫孔65次，平均每个孔钻孔4.1次，其中9#孔扫孔8次。

偶数孔施工完毕后，注浆效果良好，但为了下一步掘进时的安全，还是在6#和7#孔之间、8#和9#孔之间各加了一个检测孔，施工60m，角度为8°，涌水量在

1m3/h以下，达到了设计要求。

5 注浆效果分析

兼作检测孔的双号孔在施工过程中，其涌水量都在3m3/h以下，经检查封水率达到80%，且加的两个检测孔其涌水量在1m3/h以下，探水注浆效果较好。

注浆的控制范围根据钻孔的设计角度及钻孔的复注情况，最终判断本次注浆已对井筒开挖荒径以外约3m范围内的裂隙水进行了有效的封堵。

6 箕斗井井筒延深施工

注浆施工结束后，开始进行50m段井筒的掘砌工作。掘砌过程中发现该段岩层裂隙非常的发育。浆液在注浆压力的作用下，已注进裂隙中，形成条形状，但无明显出水点。50m段掘砌施工安全顺利。成井后，全段剩余涌水量少于5m3/h，达到了验收规范的要求。

7 结语

本次注浆施工主要是处理高压微裂隙水的岩层，所采用的“高压力、小段高”和“反复注浆，反复扫孔复注”的方法是合适的，在普通单液水泥浆注不进去的情况下，首选以脲醛树脂为主液的化学浆也是经济合理的。注浆达到了预期的效果，保证了井筒延深施工安全顺利，得到了甲方的好评；同时也为高压微裂隙水的岩层注浆提供了经验。endprint

3.4 注浆参数的选择

3.4.1 注浆终压。注浆压力是驱动浆液在裂隙中流动扩散、充填、压实的能量，是控制浆液扩散距离的重要因素，根据本段工作面注浆的实际数据记录及注浆效果，本次注浆静水压力应在4.5～5.0MPa之间，加之以往的工作面预注浆经验，本次注浆的终压应控制在12～14MPa（静水压的2～3倍左右）。

3.4.2 注浆结束标准。注浆压力达到终压后，将泵量调整到20～30L/min，并稳定20min，即可结束该段注浆。

3.4.3 浆液总注入量。本次注浆是高压微裂隙注浆，很难准确计算出浆液总注入量。估计60m段高注浆需消耗P425水泥500t，水玻璃20t，化学浆液（MJ-1改性脲醛树脂）200t。

3.4.4 注浆材料。本段注浆施工采用单液水泥浆和水泥-水玻璃双液浆。当压力大单液水泥浆注不进去时，改用化学注浆材料。

4 注浆施工

4.1 第一阶段施工

2013年6月29日至11月25日，由宝山项目部自己的施工队伍施工，布置注浆孔数为8个，-240m工作面注浆钻孔施工1395m，消耗水泥318.65t，水玻璃4765kg。

2013年7月4日探得2#孔施工至28m时最大涌水量为95.4m3/h，对2#孔进行了40天的强行排水，9月4日探得6#孔施工至41m时最大涌水量为92.49m3/h，10月4日探得7#孔施工至50m时最大涌水量为96m3/h，其余孔都有不同程度的涌水。在经过大量的注浆后，为了保证下一步施工的安全，又在2#、5#、6#、7#边上加钻一个补斜孔，斜6#孔在13m处又有49.9m3/h的涌水。

井筒在后续的扫孔过程中，仍有不同程度的涌水，且水量不大，压力大，微裂隙发育，注浆量消耗不大。

鉴于以上情况，2013年12月18日对箕斗主井重新浇筑止浆垫，预埋13个孔口管，改用水玻璃-水泥双液浆进行注浆堵水，至2014年3月14日箕斗主井钻孔施工1231.5m，注浆消耗水泥71.33t，水玻璃21015kg。在进行双液浆封堵后的探孔过程中仍存在不同程度的涌水，且水量不大，压力大，注浆量消耗不大，远没有达预期的注浆效果。致使箕斗主井的施工工期严重推后。

4.2 第二阶段施工

针对前一阶段工作面埋藏深、微裂隙发育，压力大，且在用水泥和水玻璃注浆时注浆量消耗不大，注浆之后扫孔又出现小量水的水文地质情况。经业主介绍，项目部聘请了河北邯郸鲁石注浆工程有限公司进行注浆。在原止浆垫上重新浇筑一层止浆垫布置注浆孔16个（钻孔图见图2），外扎径向角6°～7°，孔深60m。这一阶段共钻孔扫孔2120m，消耗水泥11.65t，水玻璃6920kg，脲醛树脂浆液A液92.425t，B液350kg，取得了较好的效果，确保了每个注浆孔深度都达到了60m。

注浆施工自2014年3月15日开始，至同年的4月30日结束，针对前期施工时存在的微裂隙发育，压力大，且在用水泥和水玻璃浆液注浆时注不进去的情况，改用昂贵的脲醛树脂为主液的化学浆液。

本次探水注浆先布置的8个奇数孔，奇数孔施工完后再施工偶数孔，偶数孔兼作检测孔。在施工过程中基本没有大水出现，在单号孔的施工过程中，出水量最大为7#孔在10m处涌水量为20m3/h，9#孔在11m处的涌水量为15m3/h，5#孔在54m处的涌水量为10m3/h，其余单号孔的涌水量在3m3/h左右。在4月16日至4月30日的双号孔的施工过程中，其中涌水量最大的为2#、6#、14#孔，涌水量为3m3/h，其余孔的涌水量都在1m3/h以下，经检查封水率达到80%，浆液注入量达70%，经过最后的钻孔出水情况看，最小涌水量为0.5m3/h，最大涌水量为3m3/h，个别钻孔无水，探水注浆效果较好。

对前阶段存在的微裂隙发育，压力大，注浆后扫孔又有少量涌水的情况，本次钻孔扫孔65次，平均每个孔钻孔4.1次，其中9#孔扫孔8次。

偶数孔施工完毕后，注浆效果良好，但为了下一步掘进时的安全，还是在6#和7#孔之间、8#和9#孔之间各加了一个检测孔，施工60m，角度为8°，涌水量在

1m3/h以下，达到了设计要求。

5 注浆效果分析

兼作检测孔的双号孔在施工过程中，其涌水量都在3m3/h以下，经检查封水率达到80%，且加的两个检测孔其涌水量在1m3/h以下，探水注浆效果较好。

注浆的控制范围根据钻孔的设计角度及钻孔的复注情况，最终判断本次注浆已对井筒开挖荒径以外约3m范围内的裂隙水进行了有效的封堵。

6 箕斗井井筒延深施工

注浆施工结束后，开始进行50m段井筒的掘砌工作。掘砌过程中发现该段岩层裂隙非常的发育。浆液在注浆压力的作用下，已注进裂隙中，形成条形状，但无明显出水点。50m段掘砌施工安全顺利。成井后，全段剩余涌水量少于5m3/h，达到了验收规范的要求。

7 结语

本次注浆施工主要是处理高压微裂隙水的岩层，所采用的“高压力、小段高”和“反复注浆，反复扫孔复注”的方法是合适的，在普通单液水泥浆注不进去的情况下，首选以脲醛树脂为主液的化学浆也是经济合理的。注浆达到了预期的效果，保证了井筒延深施工安全顺利，得到了甲方的好评；同时也为高压微裂隙水的岩层注浆提供了经验。endprint

3.4 注浆参数的选择

3.4.1 注浆终压。注浆压力是驱动浆液在裂隙中流动扩散、充填、压实的能量，是控制浆液扩散距离的重要因素，根据本段工作面注浆的实际数据记录及注浆效果，本次注浆静水压力应在4.5～5.0MPa之间，加之以往的工作面预注浆经验，本次注浆的终压应控制在12～14MPa（静水压的2～3倍左右）。

3.4.2 注浆结束标准。注浆压力达到终压后，将泵量调整到20～30L/min，并稳定20min，即可结束该段注浆。

3.4.3 浆液总注入量。本次注浆是高压微裂隙注浆，很难准确计算出浆液总注入量。估计60m段高注浆需消耗P425水泥500t，水玻璃20t，化学浆液（MJ-1改性脲醛树脂）200t。

3.4.4 注浆材料。本段注浆施工采用单液水泥浆和水泥-水玻璃双液浆。当压力大单液水泥浆注不进去时，改用化学注浆材料。

4 注浆施工

4.1 第一阶段施工

2013年6月29日至11月25日，由宝山项目部自己的施工队伍施工，布置注浆孔数为8个，-240m工作面注浆钻孔施工1395m，消耗水泥318.65t，水玻璃4765kg。

2013年7月4日探得2#孔施工至28m时最大涌水量为95.4m3/h，对2#孔进行了40天的强行排水，9月4日探得6#孔施工至41m时最大涌水量为92.49m3/h，10月4日探得7#孔施工至50m时最大涌水量为96m3/h，其余孔都有不同程度的涌水。在经过大量的注浆后，为了保证下一步施工的安全，又在2#、5#、6#、7#边上加钻一个补斜孔，斜6#孔在13m处又有49.9m3/h的涌水。

井筒在后续的扫孔过程中，仍有不同程度的涌水，且水量不大，压力大，微裂隙发育，注浆量消耗不大。

鉴于以上情况，2013年12月18日对箕斗主井重新浇筑止浆垫，预埋13个孔口管，改用水玻璃-水泥双液浆进行注浆堵水，至2014年3月14日箕斗主井钻孔施工1231.5m，注浆消耗水泥71.33t，水玻璃21015kg。在进行双液浆封堵后的探孔过程中仍存在不同程度的涌水，且水量不大，压力大，注浆量消耗不大，远没有达预期的注浆效果。致使箕斗主井的施工工期严重推后。

4.2 第二阶段施工

针对前一阶段工作面埋藏深、微裂隙发育，压力大，且在用水泥和水玻璃注浆时注浆量消耗不大，注浆之后扫孔又出现小量水的水文地质情况。经业主介绍，项目部聘请了河北邯郸鲁石注浆工程有限公司进行注浆。在原止浆垫上重新浇筑一层止浆垫布置注浆孔16个（钻孔图见图2），外扎径向角6°～7°，孔深60m。这一阶段共钻孔扫孔2120m，消耗水泥11.65t，水玻璃6920kg，脲醛树脂浆液A液92.425t，B液350kg，取得了较好的效果，确保了每个注浆孔深度都达到了60m。

注浆施工自2014年3月15日开始，至同年的4月30日结束，针对前期施工时存在的微裂隙发育，压力大，且在用水泥和水玻璃浆液注浆时注不进去的情况，改用昂贵的脲醛树脂为主液的化学浆液。

本次探水注浆先布置的8个奇数孔，奇数孔施工完后再施工偶数孔，偶数孔兼作检测孔。在施工过程中基本没有大水出现，在单号孔的施工过程中，出水量最大为7#孔在10m处涌水量为20m3/h，9#孔在11m处的涌水量为15m3/h，5#孔在54m处的涌水量为10m3/h，其余单号孔的涌水量在3m3/h左右。在4月16日至4月30日的双号孔的施工过程中，其中涌水量最大的为2#、6#、14#孔，涌水量为3m3/h，其余孔的涌水量都在1m3/h以下，经检查封水率达到80%，浆液注入量达70%，经过最后的钻孔出水情况看，最小涌水量为0.5m3/h，最大涌水量为3m3/h，个别钻孔无水，探水注浆效果较好。

对前阶段存在的微裂隙发育，压力大，注浆后扫孔又有少量涌水的情况，本次钻孔扫孔65次，平均每个孔钻孔4.1次，其中9#孔扫孔8次。

偶数孔施工完毕后，注浆效果良好，但为了下一步掘进时的安全，还是在6#和7#孔之间、8#和9#孔之间各加了一个检测孔，施工60m，角度为8°，涌水量在

1m3/h以下，达到了设计要求。

5 注浆效果分析

兼作检测孔的双号孔在施工过程中，其涌水量都在3m3/h以下，经检查封水率达到80%，且加的两个检测孔其涌水量在1m3/h以下，探水注浆效果较好。

注浆的控制范围根据钻孔的设计角度及钻孔的复注情况，最终判断本次注浆已对井筒开挖荒径以外约3m范围内的裂隙水进行了有效的封堵。

6 箕斗井井筒延深施工

注浆施工结束后，开始进行50m段井筒的掘砌工作。掘砌过程中发现该段岩层裂隙非常的发育。浆液在注浆压力的作用下，已注进裂隙中，形成条形状，但无明显出水点。50m段掘砌施工安全顺利。成井后，全段剩余涌水量少于5m3/h，达到了验收规范的要求。

7 结语

本次注浆施工主要是处理高压微裂隙水的岩层，所采用的“高压力、小段高”和“反复注浆，反复扫孔复注”的方法是合适的，在普通单液水泥浆注不进去的情况下，首选以脲醛树脂为主液的化学浆也是经济合理的。注浆达到了预期的效果，保证了井筒延深施工安全顺利，得到了甲方的好评；同时也为高压微裂隙水的岩层注浆提供了经验。endprint