帷幕灌漿技術在石古前礦區巖溶處理中的應用

馬 濤 馮巧云 王 暉

（江西省核工業地質局二六四大隊， 江西 贛州 341000）

1 工程概況

石古前石灰巖礦山屬露天凹陷開采礦山，現周邊地面裂縫、房屋開裂變形，采礦場流入大量河水，影響開采，故礦區巖溶問題急需整治。

勘察區位于北部高丘(標高429.8m)，南部低丘、崗地，中部平緩，呈北東方向展布的巖溶準平原中(標高約160-168m)。本次工程主要采用鉆探注漿，以確保礦山開采周邊不出現規模性地面開裂、坍陷，防范礦區的北東、西南方向地面出現規模性開裂、坍塌，截斷西牛河河水沿巖溶、裂隙大量涌入采礦場。

2 地面塌陷成因

本區先后產生地面塌陷點115 個(包括回填后續發的)，這些地面塌陷點的形成，均具備下伏碳酸鹽巖中存在開口型溶洞(或存在土洞)。按誘發地面塌陷主導因素把已發生的地面塌陷分為兩種類型:①礦坑排水地下水潛蝕作用為主，采礦爆破震動作用疊加其上誘發的地面塌陷；②采礦爆破地震波作用為主，礦坑排水地下水潛蝕作用疊加其上誘發的地層塌陷。

3 巖溶塌陷治理方案選擇

3.1 防治目標及原則

項目目標是根據地質環境條件，地面塌陷易發性和危險性，分別采取工程治理措施、安全監測措施和社會管理措施等相結合的防治方案，以確保礦山周邊環境在采礦場采石過程中的安全。

施工遵循以下原則：以人為本，確保防治工程有效和安全的原則；突出重點，兼顧一般，綜合治理的原則；工程治理與控制采礦相結合的原則；信息化施工，動態治理的原則。

3.2 方法及適用范圍

3.2.1 防滲帷幕注漿法

此法主要針對巖體破碎帶及巖體含水層。在地表利用鉆孔和鉆孔所反映出的地質情況，經過分析針對巖體破碎帶及巖體含水層，利用注漿設備將可凝漿液注入巖體含水層，在礦體周圍形成一條帷幕狀相對隔水帶，以減少帷幕內礦坑涌水量的一種礦山防治水技術措施。

根據區域巖溶賦存條件，選定防治方案為局部帷幕法防滲截水帷幕注漿，本次帷幕注漿加固主要是針對淺部強巖溶發育帶，通過注漿方式將灰巖中的溶洞、裂隙等進行充填，阻斷或降低西牛河、大氣降水與地下水的水力聯系，改變地下水的滲流途徑。每條注漿剖面上布置二排注漿孔，分別為上游、下游排，排距2m，每排分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三序施工，即8 米、4 米、2 米。帷幕注漿孔呈梅花狀布置，先施工下游排注漿孔；每排孔按分序加密的原則進行。采用接底式帷幕注漿，注漿底板進入相對隔水層不小于5 米。帷幕體的透水率控制在3～5Lu 內。

帷幕注漿治理區塊有四處：①近東西向北巖溶帶即：西牛河至采礦場西北角；②北東方向巖溶帶北東角（6 線勘探線至良屋村附近）、采礦場南西角（礦山生活區附近）；③南北向巖溶帶（肖屋南西方向養豬場南緣）。

3.2.2 充填灌注法

此法主要針對巖體內的溶洞進行處理。充填灌漿是通過填充巖層中的溶洞以抬高塌陷區地下水位，維持一定水頭，起到對洞穴頂板的頂托作用，提高整體抗滑穩定性，加強巖體防滲堵漏的能力從而達到增強巖體整體穩定的目的。防止塌陷產生，是露采礦山巖溶塌陷治理的輔助手段。

本次施工采用二者相結合的方式，綜合研究施工，流程見下圖。

4 施工簡述

4.1 鉆孔

鉆孔工作在灌漿工程施工中占有極其重要的地位,鉆孔工作的好壞直接影響灌漿施工的成敗。因此,我們對每一個單孔的鉆進工作均采取了有效措施,每個孔灌漿段鉆孔結束后會同監理工程師進行檢查驗收,檢查合格并經監理工程師簽證后,方可進行下一道工序。

4.2 灌漿

灌漿施工是這次工程的核心,它的工藝參數頗多,且相互之間必須緊密配合又協調一致,若某一個環節出問題,會直接影響施工的正常進行和施工質量及進度,因此灌漿施工中要求參與人員必須具有高度認真的科學態度,緊張而有序的工作作風。在每個單孔灌漿前,我們對其鉆孔質量均按規定的要求進行了評驗,即上一道工序不合格,決不進行下一道工序。

4.3 特殊情況處理

①灌漿全過程中，發現冒漿、漏漿，應根椐具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿等方法進行處理；

發生串漿時，如串漿孔具備灌漿條件，可同時進行灌漿，應一泵灌一孔。否則應將串漿孔用栓塞塞住，待灌漿孔灌漿結束后，再行掃開串漿孔，而后繼續鉆孔和灌漿。

②灌漿工作必須連續進行，若因故中斷，應及早沖洗鉆孔或掃孔后恢復。恢復灌漿時，應使用開灌比級的水泥漿進行灌注（用原水灰比）。

③恢復灌漿后，如注入率與中斷前相比減少很多時，且在短時間內停止吸漿，應采取補救措施。

④灌漿段注入量大，可選用低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿；漿液中摻加速凝劑；灌注穩定漿液或混合漿液。

⑤灌漿過程中如回漿變濃，換用相同水灰比的新鮮漿液進行灌注，若效果不明顯時，延續灌30min，即可停止灌注。

4.4 施工質量控制

嚴格按照規范和設計圖紙施工、嚴格按照三方會簽進行隱蔽驗收（業主、監理、施工）、運用拍照錄像等手段，做到過程可追溯。

4.4.1 鉆孔質量

孔位：測量放線出控制孔位，根據控制空位放線一般孔位；

深度：控制不超設計深度，可據實際確定孔深（溶洞底完整巖5m 標準）；孔深：孔內吊放測繩；

資料：依規范完成所有資料。

4.4.2 灌漿質量

帷幕注漿孔注漿結束后，應復查注入量、棄漿量和地質條件的符合性，尤其是單位注入量大于設計注漿量2 倍的注漿孔需重點檢查。

其質量應利用檢查孔簡易壓水試驗、物探檢測，結合施工記錄、施工成果資料進行綜合評定，指標為：經簡易壓水試驗檢查，試段的合格率不小于90%，不合格試段的透水率不超過設計規定的150%，且分布不集中，注漿質量可評為合格。

檢查孔簡易壓水試驗應在該區段注漿結束14d 后自上而下分段卡塞進行，壓水試驗段高宜小于20m。

檢查孔應自下而上分段卡塞按設計要求注漿并封孔，檢查孔確認注漿不合格的地段進行加密注漿，并在影響范圍內重新檢查注漿效果。

檢查孔中有結石心樣宜進行抗滲性能檢測，試驗結果存擋。

物探檢測可利用注漿孔或檢查孔進行跨孔測試，分析裂隙或巖溶中漿液的填充程度，在注漿完成14d 后進行。

4.4.3 堵水效果

礦山帷幕注漿防滲能力評價應以礦坑疏干排放水后礦坑涌水量減小程度為主要依據，并結合注漿后地下水流場的變化，進行綜合評價。

本次帷幕灌漿施工近6 個月時間，施工前采礦場進水量為15000m3/天，施工完成后采礦場進水量約1000m3/天，治理效果顯著，達到預期目的。

5 小結

礦山帷幕灌漿在治理礦山突水方面效果顯著。既可以防止突水事故的發生,同時也減小礦山開采對周圍環境的影響。帷幕投入使用后,在礦山開采中注意不要破壞帷幕墻,爆破作業要遠離帷幕墻,否則將造成嚴重的突水事故。