毛坪铅锌矿盲竖井井筒预注浆技术

贺 文 周高明 向俊兴 孙帮涛 王 勇 杨红军

（1.天地科技股份有限公司，北京，100013；2.彝良驰宏矿业有限公司，云南昭通，6576002；3.北京中煤矿山工程有限公司北京100013；4.煤炭科学研究总院建井研究分院北京100013）

立井井筒是我国矿井的关键部位，为联系矿山地表与地下的核心通道，是矿井建设的“咽喉”工程，立井井筒建设具有单位造价高、施工工期长、施工条件错综复杂的特征［1-3］。预注浆技术因具有技术成熟、施工较为简便、能形成永久帷幕等优点，近年来已成为立井井筒快速通过含水层应用最为广泛的工法［4-5］。

预注浆工法是我国在总结多年来井筒注浆技术经验的基础上，进而研究开发的一套新的综合注浆技术［6］。自20世纪90年代起，我国的地面预注浆技术得到了重要突破，由“水泥注浆时代”步入“综合黏土水泥注浆时代”。同时通过近些年的发展，涌现了新型注浆材料及注浆设备［7-8］。预注浆工艺在我国竖井井筒水害治理方面得到了非常广泛的应用。

由于空间条件、运输条件等的限制，在我国乃至世界盲竖井井筒尚未有过预注浆工程案例，因此毛坪铅锌矿112线盲竖井井筒预注浆的设计与施工对我国西南矿区井筒预注浆工艺的推广应用具有重要意义。

1 工程概况

彝良驰宏矿业有限公司毛坪铅锌矿位于云南省东北部昭通市彝良县境内，为一储量大、品位高的大型铅锌矿山。毛坪铅锌矿地处洛泽河大峡谷，洛泽河从矿区地表穿流而过，河两岸山高坡陡，两岸山顶标高约+1 700 m。该矿目前主要的开采中段有+910 m中段、+760 m中段、+670 m中段，只有1条竖井，拟建112线竖井采用圆形盲混合井，井筒净径5.7 m，荒径6.5 m。井口设于现910 m水平巷道内，设计井筒深度960 m，设计井口标高+910 m，落底标高-50 m。该竖井将作为采矿人员、设备、材料及矿石等运输的主要通道。112线盲竖井井筒的主要设计参数如表1所示。

2 井筒工程地质及水文地质

在112线盲竖井井筒施工之前，在井筒中央位置曾施工一勘察钻孔，竖井勘察钻探结果显示，钻孔深度范围内拟建竖井均为泥盆系宰格组上统微风化白云岩地层，构造裂隙及破碎带较为发育。同时勘察钻孔钻探至标高-50.27 m时，遇到大的构造裂隙水，涌水量达123.3 m3/h，孔口水压达1.93 MPa，钻探无法继续进行，勘察钻孔被迫在此位置终孔，勘察钻孔预测井筒涌水量高达314.8 m3/h。

井筒掘砌至+481 m标高位置，井筒涌水量已高达50 m3/h，为保障深部竖井井筒安全快速掘进，防止淹井等极端现象的发生，彝良驰宏矿业有限公司决定暂停该竖井井筒掘砌施工，对该井筒先行实施预注浆治水，待预注浆工作完成后，再恢复掘砌作业。

3 注浆设计方案

3.1 总体设计

由于井筒的井口设在+910 m中段的巷道内，且已掘砌施工至+481 m标高，为减少无效钻探工作量，且便于观察钻孔涌水情况，设计在井下+670 m中段井筒周围布置钻窝及注浆站，作为钻孔和注浆的施工平台。地表+900 m平面布置制浆车间，作为黏土原浆制造和存储的场地，地表制浆站和井下注浆站之间安装输浆管线。为防止爆破钻窝施工对既有井筒造成破坏，设计钻窝距离井筒位置较远，因此设计注浆钻孔采用全S孔方案，在距离井筒较远位置设置钻窝，通过定向技术将钻孔引入靶域。

钻孔上部为套管段，下部为注浆段。钻孔形成后，采用分段下行式预注浆的方法对井筒周边含水层进行治理，形成注浆帷幕，达到止水的目的。

3.2 注浆起止深度

为防止预注浆施工对既有井筒造成破坏，并留出足够的止浆垫厚度，结合各地层地质条件，设计钻孔套管段长度254 m（标高+670～+416 m），注浆段长度496 m，起止深度为254～780 m（标高+416～-80 m），注浆终止深度超过井筒深度30 m。钻孔布孔圈径28 m，落点圈径9.5 m，注浆钻孔的设计轨迹如图1所示。

3.3 注浆钻孔设计

在本工程实施过程中，设计注浆钻孔的数目，根据岩石裂隙的发育情况、井筒断面、注浆泵的注浆能力及井下施工场地条件等因素，最终依照下列公式进行确定。

式中，N为注浆孔数，个；d为井筒荒径，m；a为注浆孔至井筒荒径的距离，m；一般取a值为0±1.5 m；L为注浆孔间距，m；一般选择为3～5 m。

通过计算，最终设计注浆钻孔6个，注浆段按同心圆等间距排列，同心圆直径9.5 m，孔间距4.75 m。综合考虑钻机尺寸决定的钻窝大小、井筒荒径、爆破钻窝施工与井筒的安全距离、钻孔开孔位置与注浆段靶域的水平距离等因素，设计注浆钻孔布孔圈径为Φ28 m。为了减少和控制开凿钻窝的工程费用，针对6个钻孔设计建设3个钻窝，3个钻窝围绕井筒呈大致等间距分布，每个钻窝内布置2个钻孔。

注浆钻孔平面布置如图2所示，其中S1、S2、S3、S4、S5、S6分别为钻窝内钻孔布孔位置，通过定向钻进技术将注浆钻孔引入S1′、S2′、S3′、S4′、S5′、S6′位置。

6个钻孔分两序施工，其中S1、S3、S5为一序孔，先行施工，S2、S4、S6为二序孔，待一序孔施工完成后再进行施工。

3.4 注浆材料选择及段高划分

3.4.1 岩帽段注浆材料的选择及段高的设计

岩帽是整个注浆施工的基础，是限制浆液上窜的屏障，且施工工期短，必须选择强度高、终凝时间短的浆液，才能符合施工的要求，故此本工程岩帽段注浆采用单液水泥浆。岩帽段的起止深度为254～274 m（标高+416～+396 m）。

3.4.2 基岩段注浆材料的选择及段高的设计

基岩注浆段采用成本低、适宜高效注浆的综合型黏土水泥浆。

黏土水泥浆是由黏土、水泥、添加剂等组成的悬浊液。其来源广、造价低、操作简易，能满足本盲竖井井筒预注浆的需要。

基岩注浆段274～750 m（标高+396～-80 m）共划分为7个注浆段高，详见表2。

4 注浆施工

4.1 注浆孔造孔施工

本工程共建设了3个钻窝，每个钻窝内布置1台钻机，钻机施工完一序孔后挪位继续施工本钻窝内的二序孔。设计钻孔注浆段偏斜率不大于3‰，且每个层面落点大体均布。实际的偏斜率均符合设计要求，并且钻孔在注浆圈径上分布大体均匀，在不同深度的落点也大体均布，从而保证了注浆工程的质量。

4.2 浆液注入量分析

浆液注入量是井筒地面预注浆形成隔水帷幕的物质保证，是决定注浆堵水质量的基础，各注浆段注浆情况汇总如表2所示。

由表2可知全井筒共注浆112次，注浆15 314.246 m3，注浆段平均注入量为每米井筒注入30.88 m3，充足的注浆量是保障注浆堵水质量的基础。

4.3 注浆压力

注浆压力是克服浆液流动阻力、驱使浆液在岩层裂隙（以及层界面、破碎带）中流动、扩散、充填、压密的动力，是最重要的注浆参数之一。注浆过程中岩帽段设计注浆终压为静水压力1.5～2.0倍；其它注浆段设计注浆终压为静水压力的2.0～2.5倍。各注浆段注浆终压与设计终压值对比如表3所示，各孔各段注浆终压值均达到或超过了设计要求。

5 注浆效果

本工程注浆钻孔设计合理，造孔质量合格。注浆参数选取合理，浆液注入量和结束压力符合要求。通过二序孔复注时进行的压水试验，测算注浆后井筒剩余涌水量约4.83 m3/h，原勘察孔预测井筒涌水量为314.8 m3/h，堵水率达到98.5%，堵水效果优异。

6 结语

（1）根据井筒技术特征及快速建井的要求，应认真分析立井井筒工程地质、水文地质条件，同时制定切实可行的注浆施工技术方案。

（2）采用S孔施工，在井下设置钻窝作为钻孔注浆工作面，地表进行制浆，通过输浆管路输送至井下注浆站，此种盲竖井井筒预注浆施工技术方案，可以保证盲竖井预注浆的顺利实施。

（3）盲竖井井筒采用预注浆工艺可以避免井筒淹井的风险，进而保障井筒掘进过程中的人员及设备安全。

（3）彝良驰宏矿业有限公司毛坪铅锌矿112线盲竖井井筒采用预注浆的方案切实可行，该工程的顺利完成对我国西南地区竖井井筒的建设有着重要的应用意义。