帷幕灌浆技术在石古前矿区岩溶处理中的应用

马 涛 冯巧云 王 晖

（江西省核工业地质局二六四大队， 江西 赣州 341000）

1 工程概况

石古前石灰岩矿山属露天凹陷开采矿山，现周边地面裂缝、房屋开裂变形，采矿场流入大量河水，影响开采，故矿区岩溶问题急需整治。

勘察区位于北部高丘(标高429.8m)，南部低丘、岗地，中部平缓，呈北东方向展布的岩溶准平原中(标高约160-168m)。本次工程主要采用钻探注浆，以确保矿山开采周边不出现规模性地面开裂、坍陷，防范矿区的北东、西南方向地面出现规模性开裂、坍塌，截断西牛河河水沿岩溶、裂隙大量涌入采矿场。

2 地面塌陷成因

本区先后产生地面塌陷点115 个(包括回填后续发的)，这些地面塌陷点的形成，均具备下伏碳酸盐岩中存在开口型溶洞(或存在土洞)。按诱发地面塌陷主导因素把已发生的地面塌陷分为两种类型:①矿坑排水地下水潜蚀作用为主，采矿爆破震动作用叠加其上诱发的地面塌陷；②采矿爆破地震波作用为主，矿坑排水地下水潜蚀作用叠加其上诱发的地层塌陷。

3 岩溶塌陷治理方案选择

3.1 防治目标及原则

项目目标是根据地质环境条件，地面塌陷易发性和危险性，分别采取工程治理措施、安全监测措施和社会管理措施等相结合的防治方案，以确保矿山周边环境在采矿场采石过程中的安全。

施工遵循以下原则：以人为本，确保防治工程有效和安全的原则；突出重点，兼顾一般，综合治理的原则；工程治理与控制采矿相结合的原则；信息化施工，动态治理的原则。

3.2 方法及适用范围

3.2.1 防渗帷幕注浆法

此法主要针对岩体破碎带及岩体含水层。在地表利用钻孔和钻孔所反映出的地质情况，经过分析针对岩体破碎带及岩体含水层，利用注浆设备将可凝浆液注入岩体含水层，在矿体周围形成一条帷幕状相对隔水带，以减少帷幕内矿坑涌水量的一种矿山防治水技术措施。

根据区域岩溶赋存条件，选定防治方案为局部帷幕法防渗截水帷幕注浆，本次帷幕注浆加固主要是针对浅部强岩溶发育带，通过注浆方式将灰岩中的溶洞、裂隙等进行充填，阻断或降低西牛河、大气降水与地下水的水力联系，改变地下水的渗流途径。每条注浆剖面上布置二排注浆孔，分别为上游、下游排，排距2m，每排分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三序施工，即8 米、4 米、2 米。帷幕注浆孔呈梅花状布置，先施工下游排注浆孔；每排孔按分序加密的原则进行。采用接底式帷幕注浆，注浆底板进入相对隔水层不小于5 米。帷幕体的透水率控制在3～5Lu 内。

帷幕注浆治理区块有四处：①近东西向北岩溶带即：西牛河至采矿场西北角；②北东方向岩溶带北东角（6 线勘探线至良屋村附近）、采矿场南西角（矿山生活区附近）；③南北向岩溶带（肖屋南西方向养猪场南缘）。

3.2.2 充填灌注法

此法主要针对岩体内的溶洞进行处理。充填灌浆是通过填充岩层中的溶洞以抬高塌陷区地下水位，维持一定水头，起到对洞穴顶板的顶托作用，提高整体抗滑稳定性，加强岩体防渗堵漏的能力从而达到增强岩体整体稳定的目的。防止塌陷产生，是露采矿山岩溶塌陷治理的辅助手段。

本次施工采用二者相结合的方式，综合研究施工，流程见下图。

4 施工简述

4.1 钻孔

钻孔工作在灌浆工程施工中占有极其重要的地位,钻孔工作的好坏直接影响灌浆施工的成败。因此,我们对每一个单孔的钻进工作均采取了有效措施,每个孔灌浆段钻孔结束后会同监理工程师进行检查验收,检查合格并经监理工程师签证后,方可进行下一道工序。

4.2 灌浆

灌浆施工是这次工程的核心,它的工艺参数颇多,且相互之间必须紧密配合又协调一致,若某一个环节出问题,会直接影响施工的正常进行和施工质量及进度,因此灌浆施工中要求参与人员必须具有高度认真的科学态度,紧张而有序的工作作风。在每个单孔灌浆前,我们对其钻孔质量均按规定的要求进行了评验,即上一道工序不合格,决不进行下一道工序。

4.3 特殊情况处理

①灌浆全过程中，发现冒浆、漏浆，应根椐具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等方法进行处理；

发生串浆时，如串浆孔具备灌浆条件，可同时进行灌浆，应一泵灌一孔。否则应将串浆孔用栓塞塞住，待灌浆孔灌浆结束后，再行扫开串浆孔，而后继续钻孔和灌浆。

②灌浆工作必须连续进行，若因故中断，应及早冲洗钻孔或扫孔后恢复。恢复灌浆时，应使用开灌比级的水泥浆进行灌注（用原水灰比）。

③恢复灌浆后，如注入率与中断前相比减少很多时，且在短时间内停止吸浆，应采取补救措施。

④灌浆段注入量大，可选用低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆；浆液中掺加速凝剂；灌注稳定浆液或混合浆液。

⑤灌浆过程中如回浆变浓，换用相同水灰比的新鲜浆液进行灌注，若效果不明显时，延续灌30min，即可停止灌注。

4.4 施工质量控制

严格按照规范和设计图纸施工、严格按照三方会签进行隐蔽验收（业主、监理、施工）、运用拍照录像等手段，做到过程可追溯。

4.4.1 钻孔质量

孔位：测量放线出控制孔位，根据控制空位放线一般孔位；

深度：控制不超设计深度，可据实际确定孔深（溶洞底完整岩5m 标准）；孔深：孔内吊放测绳；

资料：依规范完成所有资料。

4.4.2 灌浆质量

帷幕注浆孔注浆结束后，应复查注入量、弃浆量和地质条件的符合性，尤其是单位注入量大于设计注浆量2 倍的注浆孔需重点检查。

其质量应利用检查孔简易压水试验、物探检测，结合施工记录、施工成果资料进行综合评定，指标为：经简易压水试验检查，试段的合格率不小于90%，不合格试段的透水率不超过设计规定的150%，且分布不集中，注浆质量可评为合格。

检查孔简易压水试验应在该区段注浆结束14d 后自上而下分段卡塞进行，压水试验段高宜小于20m。

检查孔应自下而上分段卡塞按设计要求注浆并封孔，检查孔确认注浆不合格的地段进行加密注浆，并在影响范围内重新检查注浆效果。

检查孔中有结石心样宜进行抗渗性能检测，试验结果存挡。

物探检测可利用注浆孔或检查孔进行跨孔测试，分析裂隙或岩溶中浆液的填充程度，在注浆完成14d 后进行。

4.4.3 堵水效果

矿山帷幕注浆防渗能力评价应以矿坑疏干排放水后矿坑涌水量减小程度为主要依据，并结合注浆后地下水流场的变化，进行综合评价。

本次帷幕灌浆施工近6 个月时间，施工前采矿场进水量为15000m3/天，施工完成后采矿场进水量约1000m3/天，治理效果显着，达到预期目的。

5 小结

矿山帷幕灌浆在治理矿山突水方面效果显着。既可以防止突水事故的发生,同时也减小矿山开采对周围环境的影响。帷幕投入使用后,在矿山开采中注意不要破坏帷幕墙,爆破作业要远离帷幕墙,否则将造成严重的突水事故。