淺談水文地質(zhì)勘察及帷幕注漿在銅陵有色安慶銅礦深部礦區(qū)防治水工程中的應(yīng)用

魏晨曦

（銅陵有色礦產(chǎn)資源中心，安徽 銅陵 244000）

安慶銅礦位于長(zhǎng)江中下游鐵銅成礦帶中部，隸屬于銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司。東馬鞍山礦體位于安慶銅礦以東，東馬鞍山北部一帶，受三疊系下中統(tǒng)南陵湖組，月山組大理巖與閃長(zhǎng)巖之間形成的矽卡巖接觸帶控制，沿東馬鞍山倒轉(zhuǎn)背斜的倒轉(zhuǎn)翼（即北翼和北西翼），作陡傾斜產(chǎn)出，為一隱伏的接觸交代矽卡巖型銅鐵礦床。礦體形態(tài)復(fù)雜，嚴(yán)格受接觸帶控制，總體是西高東低，呈階梯狀側(cè)伏，相關(guān)研究認(rèn)為該處礦體周邊含水構(gòu)造較發(fā)育且富水性較強(qiáng)。通過(guò)前期的水文地質(zhì)條件的研究，也證實(shí)了相關(guān)研究結(jié)論，特別是導(dǎo)水構(gòu)造產(chǎn)狀、空間分布規(guī)律及富水性等性質(zhì)，這些都阻礙了礦區(qū)的開(kāi)采與生產(chǎn)發(fā)展。為確保東馬鞍山礦體安全、經(jīng)濟(jì)、高效回采，最大程度地削弱地下水對(duì)礦體開(kāi)采的影響，充分利用礦山探礦及開(kāi)采時(shí)的地質(zhì)、水文地質(zhì)資料，針對(duì)東馬鞍山礦體平面上不同的富水性，開(kāi)展水文地質(zhì)勘察及帷幕注漿治理是很有必要的。本文通過(guò)施工過(guò)程中的一些具體環(huán)節(jié)，展開(kāi)討論。

1 重要意義

該項(xiàng)工程主要目的是通過(guò)水文地質(zhì)勘察及編錄，收集分析礦區(qū)水文地質(zhì)情況，開(kāi)展礦床充水因素研究、突水特征及規(guī)律研究、突水危害預(yù)測(cè)研究、探水及治水方案研究等工作，查明礦床范圍水文地質(zhì)條件，探明含水構(gòu)造特征及分布情況。隨后采用局部礦體外側(cè)帷幕注漿防治水的綜合處理辦法，針對(duì)威脅礦山安全開(kāi)采的含水裂隙帶，實(shí)施有效地注漿封堵，從而真正做到安全、經(jīng)濟(jì)、高效的采礦模式。同時(shí)，有效的帷幕帷幕注漿也可以大幅減少礦產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程中的排水壓力，從而又能節(jié)約一筆不小的生產(chǎn)費(fèi)用，避免了能源的浪費(fèi)。

2 礦區(qū)主要含水巖組及富水性

（1）松散巖類孔隙含水巖組。由第四系全新統(tǒng)坡積、沖積亞砂土夾砂及砂礫層透鏡體組成，局部含粘土層，呈雙層結(jié)構(gòu)。

（2）碎屑巖類裂隙含水巖組。由中三疊統(tǒng)銅頭尖組粉砂巖、月山組上段含鈣質(zhì)粉砂巖等組成，裂隙較發(fā)育，但多閉合而連通性差，一般含水極弱或不含水，風(fēng)化帶及局部張性裂隙密集帶富水性稍好。

（3）碎屑巖夾碳酸鹽巖裂隙巖溶含水巖組。由中三疊統(tǒng)月山組上段鈣質(zhì)粉砂巖夾不純大理巖組成，裂隙巖溶較發(fā)育，礦區(qū)鉆孔見(jiàn)溶洞率25%，礦體附近埋藏較深，未見(jiàn)溶洞，局部可見(jiàn)溶孔。富水性弱—中等。

（4）碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組。按地層巖性、含水介質(zhì)特征、富水性等可分為月山組中段（T2y2）含水層組，月山組下段（T2y1）含水層組，南陵湖組（T1n）含水層組。

月山組中段（T2y2）含水層組：由角礫狀大理巖組成，地層破碎，巖溶裂隙發(fā)育，且相對(duì)均勻，連通性好。巖溶形態(tài)以小溶孔、溶蝕裂隙為主，局部有溶洞，孔隙率5%～20%。富水性中等-強(qiáng)。月山組下段（T2y1）含水層組：由三疊系中統(tǒng)月山組下段白云質(zhì)大理巖組成，該層裂隙一般不發(fā)育，巖溶僅局部發(fā)育，巖溶形態(tài)主要為小溶孔、溶隙，溶洞少見(jiàn)。富水性弱。南陵湖組（T1n）含水層組：由三疊系下統(tǒng)南陵湖組中厚層大理巖組成，該層巖溶裂隙在南部發(fā)育，向北隨埋深的增加逐漸減弱。富水性中等～強(qiáng)，但不均勻。

（5）巖漿巖類裂隙含水巖組。由燕山期閃長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)玢巖組成。閃長(zhǎng)巖（月山巖體）：裂隙一般不發(fā)育，風(fēng)化帶裂隙較發(fā)育。坑下各中段均揭露該層，其中在中部及西部裂隙不發(fā)育，一般干燥無(wú)水，僅探礦孔揭露有涌水點(diǎn)。閃長(zhǎng)玢巖（總鋪巖體）：分布于礦區(qū)東部外圍，為礦區(qū)東部相對(duì)隔水邊界。

3 水文地質(zhì)勘察鉆孔施工要求

探水鉆孔開(kāi)孔口徑110mm，鉆進(jìn)4m后停鉆，然后埋設(shè)孔徑108mm長(zhǎng)4.5m的孔口管，孔口管外側(cè)加工凸臺(tái)，安裝時(shí)管壁外側(cè)纏繞棉紗并涂抹水泥漿，孔口安裝閘閥后壓水實(shí)驗(yàn)，待抗壓強(qiáng)度達(dá)到10MPa后，方能正常鉆進(jìn)，正常鉆進(jìn)時(shí)改用75mm鉆頭。如鉆進(jìn)過(guò)程中遇到突水或者破碎帶卡鉆，則可停鉆注漿，采取孔口封閉純壓注漿法全段封孔，起到封堵涌水裂隙、加固破碎帶的作用，隨后重新掃孔，直至終孔。

所有探水孔兼具水文地質(zhì)勘察孔及注漿作用，探水孔即為水文勘察注漿孔，對(duì)于鉆孔的施工技術(shù)要求如下：

（1）將鉆孔按種類和次序統(tǒng)一編號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)用全站儀確定孔口位置，實(shí)際開(kāi)孔位置與放點(diǎn)位置偏差不得大于10cm。

（2）鉆孔的開(kāi)閉孔孔徑及終孔深度應(yīng)和設(shè)計(jì)相符，施工過(guò)程中加強(qiáng)孔內(nèi)排粉作業(yè)，孔底殘留巖粉需小于30cm。

（3）鉆進(jìn)過(guò)程中的沖洗液選用清水，如孔內(nèi)破碎掉塊嚴(yán)重，則可選擇泥漿護(hù)壁。

（4）鉆進(jìn)過(guò)程應(yīng)時(shí)刻做好預(yù)防突水的準(zhǔn)備工作，突水前通常會(huì)有先兆情況，如涌水量突然變大，水壓突然升高，一旦發(fā)生突水，應(yīng)立即鎖止鉆桿夾持器，利用孔口反力裝置慢慢退出孔內(nèi)鉆桿，隨后關(guān)閉孔口閥門(mén)，準(zhǔn)備注漿封堵工作。

（5）鉆孔偏斜度：偏斜容許范圍不大于孔深的1.0%。注入漿液初凝后應(yīng)及時(shí)掃孔，減少重復(fù)鉆進(jìn)，提高成孔率，減少偏斜。

（6）完整基巖巖芯采取率不低于70%，破碎基巖不低于50%，并準(zhǔn)確進(jìn)行水文地質(zhì)編錄。

（7）探水勘察孔進(jìn)行水文地質(zhì)編錄，準(zhǔn)確標(biāo)明孔位坐標(biāo)、方位角、孔深、孔徑、換層標(biāo)高，巖層描述，巖溶發(fā)育位置，充填物狀態(tài)，取芯率，偏斜率，下套管部位，以及鉆進(jìn)過(guò)程中的故障情況等均要準(zhǔn)確記錄。

（8）探水勘察孔需全孔取芯，并在班表表上記錄孔內(nèi)破碎帶位置，出水點(diǎn)位置，出水量水壓及孔內(nèi)出水顏色；

4 注漿工藝及參數(shù)設(shè)計(jì)

4.1 注漿材料及配比

注漿材料在受注巖層中有效擴(kuò)散是確保注漿堵水成功的關(guān)鍵，由于受注巖層為大理巖，裂隙發(fā)育極不均一，既有強(qiáng)富水的細(xì)裂隙，局部也存在寬大的導(dǎo)水裂隙。為此，注漿材料采用水泥粘土漿、單液水泥漿兩種漿液。單液水泥漿：水灰比為2:1、1.5:1、1:1、0.8:1四種，當(dāng)注漿孔采用水泥粘土漿連續(xù)灌注100m3，仍不能達(dá)到設(shè)計(jì)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)采用。深部礦床局部裂隙為細(xì)小裂隙，當(dāng)漿液擴(kuò)散不夠時(shí)，可使用超細(xì)水泥。當(dāng)存在滲漏點(diǎn)時(shí)，可采用水泥水玻璃雙液漿。

注漿材料要求如下：①水泥：普通硅酸鹽水泥，水泥標(biāo)號(hào)不應(yīng)低于P.042.5號(hào)。水泥必須符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不得使用受潮結(jié)塊的水泥。②粘土：采用袋裝膨潤(rùn)土。③水玻璃：模數(shù)2.8～3.4，濃度宜為35～45波美度。④水：一般工業(yè)用水。

4.2 注漿參數(shù)設(shè)計(jì)

①注漿分段長(zhǎng)度：一般情況注漿分段長(zhǎng)度為5m～10m，但當(dāng)鉆孔揭露單點(diǎn)涌水量達(dá)到10m3/h時(shí)，停鉆注漿，不受注漿長(zhǎng)度的限制。②注漿壓力：注漿壓力取1.5～2倍的靜水壓力。礦體頂板30m以內(nèi)為重點(diǎn)注漿段，適當(dāng)提高注漿壓力。③漿液擴(kuò)散半徑R：漿液在地層中的擴(kuò)散取決于很對(duì)因素，如地層的裂隙產(chǎn)狀、裂隙開(kāi)度、裂隙富水程度及地下水的流速、注漿的壓力、注漿材料的配比濃度及凝結(jié)時(shí)間等很多因素，目前暫時(shí)沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確地計(jì)算公式用以測(cè)算注漿半徑，類比之前其他礦山的注漿經(jīng)驗(yàn)，暫時(shí)將漿液擴(kuò)散半徑定為5m，實(shí)際擴(kuò)散情況需施工檢查孔觀察取得的巖心中是否有殘留注漿體。④漿液注入量：根據(jù)同類巖溶礦山井下注漿工程經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)段注漿按1.0m3/m，非重點(diǎn)段按每米0.3m3/m。

4.3 漿液配合比的確定

當(dāng)注漿段涌水量小于30m3/h、或ω小于150L/min/m，采用水固比3:1水泥粘土漿開(kāi)灌，逐級(jí)加濃。注漿段涌水量大于30m3/h、或ω大于150L/min/m，采用水固比1:1水泥粘土漿開(kāi)灌。一次水泥粘土漿注漿量大于100m3時(shí)：采用間歇注漿或單液水泥漿，間歇時(shí)間為20分鐘到1小時(shí)。

4.4 養(yǎng)護(hù)、掃孔與復(fù)注時(shí)間的確定

一個(gè)注漿段注漿后，為了復(fù)注或下行繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆具首先要穿過(guò)已注段（俗稱掃孔）。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、掃孔速度慢，且可能出現(xiàn)孔斜；反之，時(shí)間過(guò)短會(huì)影響注漿質(zhì)量。另外，每一個(gè)注漿段，往往不可能一次就完成注漿工作，最少?gòu)?fù)注一次，多則幾次。為達(dá)到注漿堵水目的，根據(jù)不同的注漿材料，對(duì)養(yǎng)護(hù)、掃孔與復(fù)注時(shí)間的規(guī)定如下：當(dāng)采用高壓水泥單液濃漿灌注結(jié)束注漿時(shí)，注漿結(jié)束4小時(shí)后開(kāi)始掃孔。當(dāng)?shù)蛪簡(jiǎn)我核嘞{結(jié)束注漿時(shí)，注漿結(jié)束后6小時(shí)開(kāi)始掃孔。

4.5 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

入整個(gè)注漿的過(guò)程均符合設(shè)計(jì)要求，且達(dá)到以下終止注漿的標(biāo)準(zhǔn)：①注漿壓力穩(wěn)步上升，最終達(dá)到設(shè)計(jì)終壓標(biāo)準(zhǔn)。②漿液注入量：?jiǎn)我簼{小于20升/分時(shí)、雙液漿小于60升/分，壓力穩(wěn)定15～30分鐘，即可終止本次注漿。

5 礦體旁側(cè)帷幕注漿效果檢測(cè)

數(shù)據(jù)分析：通過(guò)對(duì)比各序鉆孔涌水量、注漿量的差別，及注漿過(guò)程中漿液配比的選用及注漿壓力值的變化，可以作為前期判斷注漿效果的一種手段。通常情況，一序孔、二序孔、三序孔揭露的涌水量、注漿量均呈遞減的態(tài)勢(shì)。施工檢查孔：后序孔可對(duì)前期孔作注漿檢查，同時(shí)依據(jù)前期出水鉆孔的出水位置、出水量及注漿量，定點(diǎn)施工檢查孔，目的是檢查前期注漿情況，同時(shí)確認(rèn)含水裂隙帶的位置及走向，檢查孔的深度，不小于注漿孔的深度，檢查孔數(shù)為注漿孔的10%。

6 結(jié)語(yǔ)

做好礦區(qū)水文地質(zhì)地理的勘探工作以及鉆探過(guò)程中探孔的分布結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，是提高水文地理地質(zhì)勘探報(bào)告質(zhì)量的重要條件，也為確保礦區(qū)安全生產(chǎn)和開(kāi)采以及合理開(kāi)發(fā)和利用地下水提高了重要理論數(shù)據(jù)，而注漿治理則是從根本上的解決了礦區(qū)開(kāi)采掘進(jìn)過(guò)程中因地下水問(wèn)題而形成的安全隱患，保障了礦區(qū)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。