矿山地下采矿注浆堵水技术的探索

2015-04-16王凯

建材与装饰 2015年25期

关键词：矿块浆液巷道

王凯

（中国有色金属工业昆明勘察设计研究院　云南省　昆明市　650000）

矿山地下采矿注浆堵水技术的探索

王凯

（中国有色金属工业昆明勘察设计研究院云南省昆明市650000）

随着近些年对各类矿产资源的需求增加，采矿行业进入到高速发展的阶段。在采矿过程中遇到的各类采矿问题不断出现，与之对应的新技术新设备也不断涌现，大大推动了采矿业尤其是矿山地下采矿的逐步发展。注浆堵水采矿技术主要是为了应对涌水等水患威胁而开发出来的新型采矿技术，可以通过注入浆液起到堵水的目的。本文对矿山地下开采以及注浆堵水技术做了简要介绍，深入分析了注浆堵水技术在矿山地下采矿中的实际运用。

矿山地下采矿；注浆堵水技术；实际运用

注浆堵水技术的运用范围非常广泛，适用于各类有色金属及黑色金属的地下采矿，能够有效解决来自地下水的威胁。通过注浆堵水技术，对存在涌水等水威胁的矿体的岩溶裂缝进行密实，连接灰岩形成隔水层，从而起到阻隔地下水的作用。

1　矿山地下采矿简要介绍

矿山地下采矿就是从地下矿床开采矿石，一般是按照开拓矿床、矿块采准、矿块切割以及矿石回采这四个步骤进行地下采矿的。开拓矿床就是按照矿床的产状和赋存使用合理的开拓方式，确保能够顺利进行排水通风、行人运输等。矿块采准是指通过已经设计好的图纸和方案，进行巷道掘进，给矿块切割以及回采打下坚实的工作基础。矿块切割主要是为矿块回采开辟落矿空间和自由工作面，这都是在采准环节基础上进行的，能够给回采环节创造良好的作业环境。回采就是把矿石从矿块中开采出来，是地下采矿的核心环节。一般来说，矿石回采包括了三个作业环节：①落矿作业环节，即按照合理的块度把矿石从矿体中开采落下的作业环节；②出矿作业环节，即通过运输机械将落矿作业环节采落的矿石运输到指定区域的作业环节；③地压管理，即通过科学合理的支护方式对采空区进行支护，保证采空区能够承受地表压力[1]。

2　注浆堵水技术简要介绍

注浆堵水技术主要是将预制浆液压入存在水患威胁的区域，对水体进行封堵隔绝，保证地下采矿安全。针对不同的矿体属性和地质环境，注浆堵水技术的实际应用也存在一定的区别，这也促使注浆堵水技术可以存在多种变化以应对不同的情况。在矿山地下采矿中使用注浆堵水技术，一般可以分为两个方面的工作。

（1）全面了解矿山的基本情况。这其中主要包括五个方面的内容：①了解矿床构造，明确其走向以及倾角；②了解矿体所处地层地质特点，明确矿石藏量以及矿体分布等；③了解矿石中的矿物成分及比例。比如对于某铁矿而言，其矿石中主要的矿物是磁铁矿，此外还包含有少量黄铁矿和赤铁矿，以及微量的黄铜矿等其他矿物；④了解顶板岩石和底板岩石的稳定性，明确这两部分岩石的稳定性对矿产开采作业环节的安全具有十分重要的参考价值；⑤了解矿山地下的水文条件，主要包括地下水的来源测定以及开采区涌水量的预估，只有明确这两个方面，才能使用注浆堵水技术进行针对性防治。

（2）在开采区进行注浆堵水施工，这主要包含以下内容：①进行钻孔布置，结合第一个方面的各项参考数据，合理布置注浆钻孔；②进行浆液制备，根据预估的涌水量计算出相关开采区壁受到的水压力，合理配置浆液各成分的比例，确保其能够满足堵水要求；③进行注浆，按照相关技术要求，合理进行注浆。

3　注浆堵水技术在矿山地下采矿中的应用探索

3.1工作面预注浆技术在煤矿中的应用

在井下开采中，在掘进到含水层、导水断层等区域之前，就需要暂时停止掘进施工，对工作面进行定位钻孔以及注浆，对含水层中的含水裂缝和通道进行封堵，起到堵水的作用。这种方法可以将岩层的位置、裂隙以及通道方向等结合起来，精准定位注浆孔的位置，能够最大程度减少注浆孔钻进工作量以及注浆液的耗费量。如果不想通过钻孔的方式进行注浆，那么也可以采用水炮眼的方式进行注浆。水炮眼的注浆方式不仅作业效果比较理想，而且能够对注浆情况进行直接观察。但是，水炮眼对施工环境要求较高，由于地下采矿的场地较为狭窄、作业条件较差，对相关仪器设备尺寸具有很大限制。

工作面预注浆技术和地面预注浆技术存在很多相似之处。含水层间距较大，之间具有良好的隔水层的地下矿开采，一般可以采用工作面预注浆技术。此外，在巷道掘进过程中遭遇超前出水等情况时，也可以采用工作面预注浆技术进行堵水[2]。

3.2矿山地下采矿直接注浆堵水技术简介

在巷道掘进工作面或井筒等部位发生涌水或漏水时，可以通过现有的炮眼、出水通道以及含水裂隙等直接进行注浆堵水。直接注浆堵水技术的应用十分广泛，除了在地下矿井巷掘进工程中使用，在建筑物地下防渗、河床加固工程等工程中都有大量运用。通过众多实践运用表明，直接注浆堵水技术的施工时间很短、注浆设备和工艺都非常简单、堵水效果十分明显。这些优点都确保直接注浆堵水技术能够运用到更广阔的行业当中。

3.3矿山地下采矿特大涌水注浆堵水技术

在地下矿山采矿过程中，地质构造一般都比较复杂，地下水活动不仅频繁而且缺少明确的规律。在采矿作业中经常出现突发涌水的地质灾害，导致矿井被淹出现大量人员伤亡，物质设备损毁，从而给相关企业造成重大打击。为了避免这种情况出现，特大涌水注浆堵水技术被提出了，其主要是在过水通道周边进行定位钻孔，使用堵水材料对其进行充灌，以便切断涌水发生的源头，然后再进行注浆加固。这种方法的钻孔数很少，一般是在动水和静水结合的情况下注浆，能够及时对地下水体进行堵水。在地下矿排水通道能够保持一定的排水能力时，注浆可以和排水作业一起进行，这种注浆方式也被称为动水注浆；如果排水通道的排水能力不足以维持巷道不被淹没，在巷道中设置闸门使巷道中动水逐渐变静，排水通道逐渐被封堵，在这种情况下进行注浆就被称为静水注浆[3]。动水注浆的成本较低、见效甚快，能够对堵水结果进行直接观察检验；静水注浆的成本较高、工期较长、相关工作量都较大。

3.4矿山地下采矿壁后注浆堵水技术

在某些矿山地下采矿中，需要对井巷工程进行永久性的支护，如果井壁或衬砌的壁后存在或产生空洞，并且发生渗水或漏水等情况时，就会加大井下施工难度，并且对地下采矿排水作业造成威胁，导致其危险性上升以及相关成本增加。这对于矿山地下采矿而言是极具负面的影响。因此，需要采用注浆堵水技术对井壁或衬砌进行加固。这种技术施工设备较少、工艺流程简单、成本低廉而且见效迅速，能够广泛地运用于井筒处理、巷道淋水以及井壁加固等多个方面，切实保障矿山地下采矿安全。

4　注浆堵水技术应用实例分析

在望儿山金矿中，主要使用了中深孔与注浆堵水技术进行堵水作业，其工艺流程可以分为：形成硐室、安装放喷装置、钻进、压水试验、注浆以及扫空等步骤。防喷装置主要是在钻进作业中遭遇出水结构时，钻进存在困难时，退出钻孔机械，将注浆球阀和注浆管连接进行注浆。防喷装置需要使用棉纱缠住孔口，将掌子面用锚杆固定；钻机底座要固定在承台上。施工设备主要包括：井下潜孔钻机和注浆设备，注浆设备主要使用了双液调速注浆泵2TGZ-60/210，此外还有凿岩机7655型和相关钻具。

在确定好工艺流程和施工设备之后，首先需要布置钻孔。布置钻孔的基本原则是满足注浆要求的条件下，将钻孔数量控制在最小范围，尽量减少施工成本和施工工作量。在望儿山金矿中，南风井贯通巷道第一段注浆施工时，布置了5个钻孔，根据出水记录显示5个钻孔的出水量逐步减少，到第3个钻孔基本已经不出水了，所以实际注浆堵水施工只需进行这3个孔即可。其次是注浆材料的选择，根据实际情况主要使用硅酸盐水泥单相浆液。如果使用硅酸盐水泥堵水效果不明显，则可以改用水泥和水玻璃的混合浆液。再次是浆液配比，一般根据实际情况，可以将硅酸盐水泥的浆液分为五个配比等级。在实际施工中，首先采用配比较低的浆液进行注浆，在根据该浆液的实际表现再决定是否需要更换配比较高的浆液进行注浆。最后是确定注浆压力，望儿山金矿南风井通过实际测量，其贯通巷道突水压力在2MPa左右，所以注浆压力可以保持在5～6MPa。