浅孔注浆堵水技术在白象山铁矿的应用

      1工程概况

白象山铁矿位于安徽省当涂县境内，该矿床水文地质条件复杂，下部黄马青组杂色粉细砂岩富水性强，最大单位涌水量达8．204L/s·m，最大渗透系数为10．89m/d，为矿坑主要充水岩层，该含水层为矿体的间接顶板，与中等富水的含矿层在天然状态下为统一的地下水体。区内有F1～F1111条主要断裂，其中F2等4条断层为主要影响基建采矿的富水断层，矿山自2005年开工建设以来，曾发生过3次较大的突水事故，从前期基建过程中出水情况来看，矿坑涌水量最大值超过40000m3/d。为了确保采掘工作的安全，施工过程中始终坚持“有疑必探，每掘必探”的原则。探水工作的进行保证了矿山基本没有发生大的突水，但是在掘进过程中细小裂隙水却经常发生，一般的注浆方法存在耗时长、费用大等缺点。
2出水治理分析
      白象山铁矿风井西沿脉M3至M12之间164m巷道设计方向为北偏西51°，巷道底板为3‰的上坡。
      巷净断面宽5m，墙高2．333m，拱高1．667m。岩层为闪长岩和角岩化铁质泥灰质粉砂岩、细砂岩夹粉砂质泥岩互层变质带。闪长岩主要为钠长石化，高岭土化、绿泥石化、碳酸盐化和金云母化。角岩化岩层原岩为暗红色含铁质泥质粉砂岩、细砂岩和粉砂质泥岩。变质后原岩中钙质、泥质斑点被石英、碳酸盐、钠长石、镜铁矿等交代形成球状结核和顺层透镜体。由于受背斜构造的影响，岩层裂隙较发育，尤其是角岩中以及角岩和闪长岩接触面，裂隙更为发育，为导水通道。巷道掘进至该段时，工作面散水水量在8～35m3/h。
      一般而言，井巷开拓工程工作面出现涌水或散水，围岩较好时首先采用的方法是先施工1．5m厚的止浆墙封堵岩面，然后埋设若干个孔口管，固管试压后开始全断面钻进帷幕注浆。或采用小导管全断面帷幕注浆。这2种方法材料消耗大，成本高工期长，也影响井巷施工进度。为降低成本，加快工程建设，白象山铁矿决定在巷道开拓和进路采矿中运用孔口管浅孔注浆堵水技术。
      3施工工艺
      (1)注浆孔的布置及施工。孔口管采用C=32mm管径的普通无缝钢管加工制作;造孔用7655型风动凿岩机，配中空六角钢钎，“一”字型合金钻头，孔径C=42mm，钻孔角度对向出水点，孔深4．5m;预埋孔口管规格C32mm×300mm×6mm(见图1)，一端用60mm×60mm×4mm钢板贴紧焊牢，另一端全部加工成鱼鳞扣，距顶端200mm焊一个同管径200mm长带丝扣的连接管安装高压球阀，见图2;缠以麻丝，并用大锤将注浆孔口管砸入孔口管内，外漏不大于300mm，以便于安装球阀;打压试验达到7～8MPa时，将注浆用的三通连接到球阀上，即可开始注浆。这种孔口管加工简单，操作简便，成本低，方便、快捷、高效，安全。

      (2)注浆施工准备。在巷道内选择合适地段为造浆工作点，并设置搅拌机、储浆桶、清水桶和注浆泵。注浆施工前，备好风、水、电等管线系统以及各种注浆设备、注浆材料，并进行检修，保证完好，对巷道表面采取防跑漏浆处理措施。
      (3)注浆施工。注浆设备材料工具贮备→造浆→管路连接→注清水→注浆→停止注浆关闭注浆阀。
      (4)注浆参数。注浆压力是推动浆液克服各种流动阻力，使浆液在基岩裂隙中扩散，宜采用2～2．5倍静水压力;注浆过程中，由于浆液的充填作用，裂隙逐渐被充塞，流量则随注浆压力的升高而减小，在基岩裂隙中流量以50～60L/min为宜，注入量与注浆压力有密切关系，要有合理的注浆压力来保证浆液注入量，也可以注浆孔涌水量大小和冲洗液漏失量大小来定;相同条件下，浆液越浓，粘度越大，扩散距离越小。基岩裂隙水一般应以浓浆为主，每个浓度级连续注入40～50min后再提高浆液浓度。

(5)注浆过程。按注浆要求连接好注浆管路，调节注浆泵安全阀，经试运转正常后方可开泵注浆;在搅拌桶中放入适量的水，再按配比放入水泥，使浆液的水灰比控制在0．7～0．8的范围。用风动搅拌器搅拌浆液，搅拌时间对于浆材与水的充分混合有着非常重要的影响，搅拌时间太短，浆材与水混合不均匀，使浆液的流动性受到很大的影响，搅拌时间为5min;开泵注浆，当注浆压力达到设计终压时停止注浆。注浆顺序为先里后外依次进行。注浆过程中，随时观察并记录注浆压力、注浆量等注浆参数变化情况。此外，随时观察巷道表面跑漏浆现象，一旦发生跑漏浆，应及时采取措施进行糊堵，大量漏浆时可在水泥浆液中加入适量水玻璃进行注浆，封堵后再改换成水泥单液浆。每孔注浆须连续注入，如因故需暂停注浆，应向孔内压注一定量的清水，以保持注浆通道的顺畅。注浆过程中须注意观察压力表的升压情况，要设专人观察巷帮、巷顶及孔口管是否有异常情况，发现问题要及时处理。注浆期间，施工人员应注意注浆泵的运行状况及排浆情况，确保注浆泵的完好。
      4注浆效果
      白象山铁矿风井－390m中段西沿脉M3至M12共计164m巷道裂隙水、散水和断层水出水量8～35m3/h，每5m平均在20m3/h左右。采用孔口管浅孔注浆对该段位注浆堵水加固后，掘进时可观测到裂隙带内被浆液充填得非常密实，每段实测涌水量为0．3～0．4m3/h，封堵率达到了97%以上，巷道掘进较以往增速120%，达到了预期目的，巷道施工顺利地通过了含水层。
       参考文献:
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      ［2］李芳慧．小导管注浆技术在隧道工程中的应用［J］．山西建筑，2007(7)．
      ［3］王勇义，宋成标．工作面浅孔预注浆技术应用与探讨［J］．煤炭科技，2004(04)．
      ［4］邓仁清．高压富水隧道注浆堵水施工技术及应用［J］．地下空间与工程学报，2006(03)．