大水矿山区段注浆堵水实践

张 勇 张乃宝

(莱钢集团莱芜矿业有限公司)

大水矿山区段注浆堵水实践

张 勇 张乃宝

(莱钢集团莱芜矿业有限公司)

谷家台铁矿作为大水矿山，采用近矿体顶板灰岩帷幕注浆堵水技术成功治理了地下水隐患，在注浆形成的上盘帷幕隔水层下实现了安全采矿。从钻孔施工步骤、断层和地勘钻孔治理等方面介绍了矿房采矿前的注浆堵水实施过程及其效果，对类似矿山具有一定的借鉴作用。

大水矿山 注浆堵水 安全采矿

谷家台铁矿水文地质条件复杂，矿床地质构造和灰岩岩溶裂隙发育，地表含水层通过“天窗”与矿体顶板灰岩含水层相连，补给丰富，地下水径流通道畅通，静储量大，属大水矿山。由于疏干难度大，该矿采用矿体近顶板灰岩帷幕注浆堵水技术，经过多年来持续不断地注浆，基本消除了开拓范围内的地下水隐患。

1 区段概况

某区段矿体沿走向长200 m，矿石地质储量为35万t，阶段高40 m，矿体水平厚6.9～28.7 m，倾角为23°～38°，局部上盘接触带大理岩与矿体穿插。矿石为中粗粒结构，块状构造，呈似层状，硬度中等，平均地质品位为47.64%。矿体顶板岩石主要为大理岩，岩溶裂隙较发育，稳固性好。底板主要为闪长岩，致密坚硬，节理裂隙较发育，蚀变程度强的较松软。

本区段水文地质条件属中等复杂类型，矿体顶板岩溶发育呈上强下弱趋势，灰岩导水通道以张性裂隙为主，多为F1断层的次生裂隙，导水性强。F1断层在该区段矿体上盘边界100 m附近，断层近处的灰岩岩溶较为发育，导水性和富水性强。矿体内裂隙较发育，多为张性，具有一定的导水性。

2 注浆堵水方案

2.1 近矿体顶板注浆堵水方案

根据矿床水文地质条件，充分利用灰岩含水层的富水性、透水性呈各向异性的特点，结合矿井开拓和采准工程，在井下近矿体向上盘灰岩内施工钻孔，然后注入单液水泥浆，对岩溶裂隙充塞密实，将灰岩连接并加固成隔水体，使之形成平行于矿体的倾斜帷幕，以防止地下水进入采场。

2.2 本区段治水方案

该区段的注浆堵水方案分3步实施。第一步先在阶段水平距矿体下盘边界20 m左右施工探水孔，钻孔超出矿体上盘边界，可起到探矿、探水、预注浆等作用；第二步施工注浆孔，钻孔深入灰岩内40 m 以上，形成帷幕注浆层；第三步施工检查孔，检验一、二步注浆效果，同时起到查缺补漏的作用。

3 实施过程

3.1 一、二步钻探注浆

本区段阶段高40 m，一、二步钻探注浆主要在-10，-50 m阶段水平实施。-10 m水平布置钻孔42个，施工过程中有2个钻孔揭露灰岩小溶洞，揭露多处灰岩碎裂带，多为钙质、泥质胶结，具有较弱的导水特性，是局部存在小淋水的主要原因；其中水量小于5 m3/h的钻孔有33个，水量在5～20 m3/h钻孔有8个，水量大于20 m3/h的钻孔有1个，单孔最大水量为26 m3/h。-50 m水平布置钻孔39个，钻孔没有揭露溶洞，涌水全部为揭露灰岩裂隙导水，说明该区段下部灰岩岩溶不发育；钻孔水量小于5 m3/h的钻孔有8个，水量在5～20 m3/h的钻孔有20个，水量在20 m3/h以上的钻孔有11个，单孔最大水量为198 m3/h。钻孔注浆量见表1。

表1 一、二步钻探注浆量统计

3.2 三步检查孔施工

本区段分层高13 m左右，共分4层，完成一、二步钻探注浆后，在每个分层均布置一定数量的检查钻孔，同时为消除区段注浆边缘以外的灰岩地下水绕流对采矿影响，区段两端的检查孔超出前期注浆一定范围。4个分层共计施工检查孔62个，检查孔出水量在0.2～5 m3/h，总水量为130.75 m3/h，总注浆量为355.5 t。检查孔的出水点数量少，揭露的绝大多数的张性导水裂隙被水泥结石体充填，个别钻孔揭露的小溶洞被水泥结石体充填良好，溶洞位置基本无水，由此可以推断矿体近顶板灰岩的岩溶裂隙导水通道被不同时期的注浆水泥封堵。

3.3 断层治理

本区段主要受F1断层影响，该断层走向SE，倾向NE ,倾角为62°左右，断层上盘多为蚀变闪长岩，下盘为灰岩。断层近处的灰岩岩溶较为发育，导水性、富水性强，岩溶发育区距离矿体相对较远。为消除断层对采矿的影响，一、二步对断层区域进行加密钻孔注浆，检查孔揭露岩心发现注浆水泥封堵了矿体顶板灰岩的导水裂隙，切断了断层及其附近的岩溶向矿体的导水通道，注浆封堵F1断层效果较好。

3.4 地质勘探钻孔治理

由于地质勘探钻孔从上盘含水层穿过矿体，封孔时若存在质量问题，有可能造成涌水。根据矿体边界与勘探工程布置对比，本区段穿过矿体的勘探钻孔只有CK21孔，经查阅资料，该勘探钻孔采用黄泥球封堵。井下钻孔位于-10 m水平上盘矿岩接触带位置，在一、二步注浆时对该钻孔及周围区域专门进行了治理，针对该钻孔施工检查孔发现周围无漏水现象，说明已消除水隐患。

3.5 现场淋水检查

三步注浆完成后，通过对该区段已有采准巷道进行检查，各分层水平的淋水主要分布在矿体裂隙发育位置或上盘接触带碎裂岩区域，总量约2 m3/h，淋水无压力显现，分析认为，矿房内的残余淋水对采矿不会产生影响。

4 结 论

2 a来，采用本区段上盘灰岩注浆堵水方案共计施工注浆钻孔10 018 m，注入水泥量3 119 t。该区段经过一、二步注浆，第三步检查孔出水量仅为注浆钻孔总水量的8.1%，检查孔注浆量为注浆总量的11.4%。分析灰岩导水裂隙、勘探钻孔等导水通道的注浆封堵情况，认为该区段矿体顶板灰岩注浆堵水所形成的注浆隔水厚度达到预期效果。为了保护上盘灰岩帷幕注浆隔水层，防止采矿过程中对其造成较大影响和破坏，应注意以下几点：

(1)采矿区段应选择在整体钻探注浆覆盖范围以内，并在覆盖边界两侧预留一定的安全距离。

(2)在采矿生产中，若出现炮孔涌水，并有压力显现等出水征兆，应立即停止作业并及时汇报，不得带水作业。

(3)爆破作业时，周边眼应采用光面爆破，避免剧烈爆破震动对矿体顶板帷幕注浆隔水层产生不良影响；同时采矿过程中应加快回采速度，及时充填采空区，避免空场时间过长引起顶板围岩的变形破坏。

2014-08-22)

张 勇(1980—)，男，工程师，271100 山东省莱芜市。