一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺。注浆孔布置方式为：在每个硐室布置仰5°、15°和25°的上向注浆孔各6个，各度的注浆孔在平面上相互错开60°均匀布置；在端硐室布置向外下向-5°、-30°和-60°注浆孔。其注浆工艺为：地面仓库袋装水泥运送至井下需要注浆水平，经工作面临拌站、二级储浆池、注浆泵、注浆管、孔口高压装置进行注浆，达到设计的注浆终压后，结束注浆，进一步养护、扫孔后完成整个帷幕注浆作业。本发明针对顶板岩溶裂隙，在井下建造高堵水率的注浆帷幕，可以起到隔水和加固的双重作用，在注浆帷幕的保护下安全高效地将矿体解放出来，为矿山的安全高效开采提供技术保障，工程投入少，工期短。
【专利说明】一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种地下矿山堵水工程技术，尤其是涉及一种矿体顶板岩溶裂隙发育且强富水条件下的地下矿山开采堵水工程技术，特别适用于含水层岩溶裂隙、溶洞发育、含水丰富且矿体相对集中的地下矿山开采的堵水工程中应用。
【背景技术】
[0002]对地下水丰富的矿山，为保证井下安全生产，常要进行排水疏干，矿山抽排地下水必然会产生大面积降水漏斗，易引发地面塌陷，而且导致地下水位下降，致使泉水断流、水井干涸，如水口山铅锌矿、凡口矿、泗顶铅锌铁矿等，严重影响当地群众生活和工农业生产。矿山排水花费很大的成本，同时，周边水文地质环境受到严重伤害。为此，我国矿山防治水工作者借鉴水电大坝灌浆经验开发出矿区帷幕注浆堵水技术。经过近40年实践、发展，我国矿区帷幕注浆堵水技术已步入实用阶段，日趋成熟。目前我国对矿山地质灾害已引起高度重视，可以说，帷幕注浆堵水技术势必成为大水矿山防治水的主要技术之一。
[0003]国外的矿区帷幕注浆多为第四系表土层中的浅截帷幕，且大部分是用钻铣法或铲挖法施工的地下防渗墙，与我国的深大帷幕比较，不可同日而语。可以说，从矿区帷幕的应用范围、帷幕规模，以及所获得的经济效益、社会效益等方面来衡量，我国独创的矿区帷幕注浆堵水技术均处于世界领先水平。
[0004]目前国内外在矿区地面帷幕注浆已有近20个工程实例，而井下围岩帷幕注浆则罕见报道，两者在堵水率及安全性方面，均有明显区别，前者距采区有一定距离，不受采矿工程的影响，要求有一定的堵水率即可，而且幕内有完善的排水系统，不存在突水淹井的威胁；而后者紧贴矿体，容易被采矿活动(爆破、沉降等)所破坏，同时确保不发生突水淹井事故，因此其技术难度可想而知。
[0005]《西部探矿工程》2008年第3期发表的《帷幕注浆在矿山治水中的应用》一文指出:“帷幕灌浆就是在主要矿体外围一定距离内，利用帷幕灌浆的方法将矿体地段与外界的水力联系隔断，最大限度的减少矿坑涌水量”。《工程建设》2009年2月发表的“帷幕注浆在凡口地区矿山堵水中的应用”一文中对在强动水条件下进行帷幕注浆的施工方法进行了介绍，其治理方案及原理为:通过贯穿地下水活动层的钻孔对透水地层(主要为壶天群白云质灰岩和大唐阶泥质灰岩)进行注浆，堵塞地下水活动通道，使得地层局部性质改变形成相对不透水柱状区域。划线横穿主要地下水流入矿坑的途径，线上进行等距节点式钻孔注浆，使得柱状相对不透水区域连接在一起形成一道相对不透水的帷幕，帷幕连接相对隔水层天子岭组花斑状灰岩，以此来阻断地下水流入矿坑的路径，达到阻止矿坑涌水的目的。但这种帷幕注浆堵水技术，难以适应矿体顶板岩溶裂隙发育且强富水矿床的帷幕注浆堵水。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是针对现有技术中存在的上述缺陷，而提供一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺，不仅可以增强顶板稳固性，同时起到隔水作用，且堵水率高、安全可靠。
[0007]为实现本发明的上述目的，本发明一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺采用以下技术方案:
1)首先应分析前期勘探钻孔的水文工程地质资料及巷道、前期勘探钻孔揭露的情况，查明矿山岩溶裂隙发育情况及矿山涌水情况；
2)选取合适的帷幕防渗标准，要求其堵水率达到80~95%；
3)利用井下巷道及硐室进行注浆巷道和超前探水注浆孔的施工，并对岩性不稳固的巷道采取挂网喷浆法支护；
4)根据帷幕所能承受的最大水头及注浆材料所能允许的渗透比降确定帷幕注浆的帷幕厚度=T=Hs/J。，m，
式中:HS-帷.所能承受的最大水头，m,
Jc1-注浆材料所能允许的渗透比降；
5)在每个硐室布置仰5°、15°和25°的上向注浆孔各6个，注浆孔设计以硐室中心为基点，各度注浆孔在平面上相互错开60°均匀布置，孔深45~60m，5°、15°和25°注浆孔之间在平面上相互错开20°均匀布置。在现场实施过程中，不许根据揭露的水文注浆情况和采准工程的要求而进行调整。
[0008]所述的上向注浆孔形成的钻孔控制网度控制在8mX8m以内为佳。
[0009]在端硐室布置向外下向_5。、-30。和-60。注衆孔，孔深45~60m,以端硐室中心为基点，各下向注浆孔在平面上对称布置，相互夹角为10° ;在现场实施过程中，必须根据揭露的水文注浆情况和采准工程的要求而进行调整。
[0010]6)在井下采用坑道钻机和潜孔钻施工各度的注浆孔，并设置孔口安全装置，孔口安全装置由孔口管、孔口防水闸门组成；
7)浆液在裂隙中的扩散形成的浆液扩散半径必须同时符合:
①计算公式
【权利要求】
1.一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺，其特征在于采用以下技术方案: 1)首先应分析前期勘探钻孔的水文工程地质资料及巷道、前期勘探钻孔揭露的情况，查明矿山岩溶裂隙发育情况及矿山涌水情况； 2)选取合适的帷幕防渗标准，要求其堵水率达到80~95%； 3)利用井下巷道及硐室进行注浆巷道和超前探水注浆孔的施工，并对岩性不稳固的巷道采取挂网喷浆法支护； 4)根据帷幕所能承受的最大水头及注浆材料所能允许的渗透比降确定帷幕注浆的帷幕厚度=T=Hs/J0，m， 式中:HS-帷.所能承受的最大水头，m, Jc1-注浆材料所能允许的渗透比降； 5)在每个硐室布置仰5°、15°和25°的上向注浆孔各6个，注浆孔设计以硐室中心为基点，各度注浆孔在平面上相互错开60°均匀布置，孔深45~60m，5°、15°和25°注浆孔之间在平面上相互错开20°均匀布置；在端硐室布置向外下向-5°、-30°和-60°注浆孔，孔深45~60m ，以端硐室中心为基点，各下向注浆孔在平面上对称布置，相互夹角为10。； 6)在井下采用坑道钻机和潜孔钻施工各度的注浆孔，并设置孔口安全装置，孔口安全装置由孔口管、孔口防水闸门组成； 7)浆液在裂隙中的扩散形成的浆液扩散半径必须同时符合: ①计算公式-.R=^[21^ //η 式中:R_为衆液扩散半径，m, K-为岩层渗透系数， t-注浆延续时间，h， r-输衆管半径，mm, U1-水的黏滞系数， μ 2-浆液的黏滞系数， H注浆压力，MPa， η-岩层的孔隙率； ②根据《注浆技术规程》规定，大理岩裂隙含水层中，浆液有效扩散半径取6~15m; 8)在整个注浆过程中，分别按照初始压力、过程压力和终值压力三个阶段，分别设计这三个阶段的压力值； 9)注浆孔的浆液消耗量为0.3~0.8t/m ； 10)其它参数:注浆材料、浆液浓度、注浆结束标准符合设计要求。
2.如权利要求1所述的一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺，其特征在于:所述的上向注浆孔形成的钻孔控制网度在8mX8m以内。
3.如权利要求1或2所述的一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺，其特征在于:当注浆孔采用单液注浆时，在终值压力下，注浆段吸浆量小于20~35L/min、持续30min后，即可结束注衆。
4.如权利要求3所述的一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺，其特征在于:设计的初始压力为静水压力的1.0倍，过程压力控制在1.5~2倍静水压力值之间，设计的终值压力为2.0~3.0 倍静水压力。
【文档编号】E21D11/38GK103967507SQ201410150803
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】王运敏, 汪为平, 李何林, 范庆, 娄广文, 武飞, 汪绍元, 路洪斌, 李同鹏, 唐开元 申请人:中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司, 华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司, 中钢集团马鞍山矿院工程勘察设计有限公司