一種適于富水礦山井下開采堵水用的帷幕注漿工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適于富水礦山井下開采堵水用的帷幕注漿工藝。注漿孔布置方式為：在每個(gè)硐室布置仰5°、15°和25°的上向注漿孔各6個(gè)，各度的注漿孔在平面上相互錯(cuò)開60°均勻布置；在端硐室布置向外下向-5°、-30°和-60°注漿孔。其注漿工藝為：地面?zhèn)}庫(kù)袋裝水泥運(yùn)送至井下需要注漿水平，經(jīng)工作面臨拌站、二級(jí)儲(chǔ)漿池、注漿泵、注漿管、孔口高壓裝置進(jìn)行注漿，達(dá)到設(shè)計(jì)的注漿終壓后，結(jié)束注漿，進(jìn)一步養(yǎng)護(hù)、掃孔后完成整個(gè)帷幕注漿作業(yè)。本發(fā)明針對(duì)頂板巖溶裂隙，在井下建造高堵水率的注漿帷幕，可以起到隔水和加固的雙重作用，在注漿帷幕的保護(hù)下安全高效地將礦體解放出來，為礦山的安全高效開采提供技術(shù)保障，工程投入少，工期短。
【專利說明】一種適于富水礦山井下開采堵水用的帷幕注漿工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地下礦山堵水工程技術(shù)，尤其是涉及一種礦體頂板巖溶裂隙發(fā)育且強(qiáng)富水條件下的地下礦山開采堵水工程技術(shù)，特別適用于含水層巖溶裂隙、溶洞發(fā)育、含水豐富且礦體相對(duì)集中的地下礦山開采的堵水工程中應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)地下水豐富的礦山，為保證井下安全生產(chǎn)，常要進(jìn)行排水疏干，礦山抽排地下水必然會(huì)產(chǎn)生大面積降水漏斗，易引發(fā)地面塌陷，而且導(dǎo)致地下水位下降，致使泉水?dāng)嗔鳌⑺珊?，如水口山鉛鋅礦、凡口礦、泗頂鉛鋅鐵礦等，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)厝罕娚詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)。礦山排水花費(fèi)很大的成本，同時(shí)，周邊水文地質(zhì)環(huán)境受到嚴(yán)重傷害。為此，我國(guó)礦山防治水工作者借鑒水電大壩灌漿經(jīng)驗(yàn)開發(fā)出礦區(qū)帷幕注漿堵水技術(shù)。經(jīng)過近40年實(shí)踐、發(fā)展，我國(guó)礦區(qū)帷幕注漿堵水技術(shù)已步入實(shí)用階段，日趨成熟。目前我國(guó)對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害已引起高度重視，可以說，帷幕注漿堵水技術(shù)勢(shì)必成為大水礦山防治水的主要技術(shù)之一。
[0003]國(guó)外的礦區(qū)帷幕注漿多為第四系表土層中的淺截帷幕，且大部分是用鉆銑法或鏟挖法施工的地下防滲墻，與我國(guó)的深大帷幕比較，不可同日而語(yǔ)?？梢哉f，從礦區(qū)帷幕的應(yīng)用范圍、帷幕規(guī)模，以及所獲得的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益等方面來衡量，我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的礦區(qū)帷幕注漿堵水技術(shù)均處于世界領(lǐng)先水平。
[0004]目前國(guó)內(nèi)外在礦區(qū)地面帷幕注漿已有近20個(gè)工程實(shí)例，而井下圍巖帷幕注漿則罕見報(bào)道，兩者在堵水率及安全性方面，均有明顯區(qū)別，前者距采區(qū)有一定距離，不受采礦工程的影響，要求有一定的堵水率即可，而且幕內(nèi)有完善的排水系統(tǒng)，不存在突水淹井的威脅；而后者緊貼礦體，容易被采礦活動(dòng)(爆破、沉降等)所破壞，同時(shí)確保不發(fā)生突水淹井事故，因此其技術(shù)難度可想而知。
[0005]《西部探礦工程》2008年第3期發(fā)表的《帷幕注漿在礦山治水中的應(yīng)用》一文指出:“帷幕灌漿就是在主要礦體外圍一定距離內(nèi)，利用帷幕灌漿的方法將礦體地段與外界的水力聯(lián)系隔斷，最大限度的減少礦坑涌水量”?！豆こ探ㄔO(shè)》2009年2月發(fā)表的“帷幕注漿在凡口地區(qū)礦山堵水中的應(yīng)用”一文中對(duì)在強(qiáng)動(dòng)水條件下進(jìn)行帷幕注漿的施工方法進(jìn)行了介紹，其治理方案及原理為:通過貫穿地下水活動(dòng)層的鉆孔對(duì)透水地層(主要為壺天群白云質(zhì)灰?guī)r和大唐階泥質(zhì)灰?guī)r)進(jìn)行注漿，堵塞地下水活動(dòng)通道，使得地層局部性質(zhì)改變形成相對(duì)不透水柱狀區(qū)域。劃線橫穿主要地下水流入礦坑的途徑，線上進(jìn)行等距節(jié)點(diǎn)式鉆孔注漿，使得柱狀相對(duì)不透水區(qū)域連接在一起形成一道相對(duì)不透水的帷幕，帷幕連接相對(duì)隔水層天子嶺組花斑狀灰?guī)r，以此來阻斷地下水流入礦坑的路徑，達(dá)到阻止礦坑涌水的目的。但這種帷幕注漿堵水技術(shù)，難以適應(yīng)礦體頂板巖溶裂隙發(fā)育且強(qiáng)富水礦床的帷幕注漿堵水。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，而提供一種適于富水礦山井下開采堵水用的帷幕注漿工藝，不僅可以增強(qiáng)頂板穩(wěn)固性，同時(shí)起到隔水作用，且堵水率高、安全可靠。
[0007]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明一種適于富水礦山井下開采堵水用的帷幕注漿工藝采用以下技術(shù)方案:
1)首先應(yīng)分析前期勘探鉆孔的水文工程地質(zhì)資料及巷道、前期勘探鉆孔揭露的情況，查明礦山巖溶裂隙發(fā)育情況及礦山涌水情況；
2)選取合適的帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)，要求其堵水率達(dá)到80~95%；
3)利用井下巷道及硐室進(jìn)行注漿巷道和超前探水注漿孔的施工，并對(duì)巖性不穩(wěn)固的巷道采取掛網(wǎng)噴漿法支護(hù)；
4)根據(jù)帷幕所能承受的最大水頭及注漿材料所能允許的滲透比降確定帷幕注漿的帷幕厚度=T=Hs/J。，m，
式中:HS-帷.所能承受的最大水頭，m,
Jc1-注漿材料所能允許的滲透比降；
5)在每個(gè)硐室布置仰5°、15°和25°的上向注漿孔各6個(gè)，注漿孔設(shè)計(jì)以硐室中心為基點(diǎn)，各度注漿孔在平面上相互錯(cuò)開60°均勻布置，孔深45~60m，5°、15°和25°注漿孔之間在平面上相互錯(cuò)開20°均勻布置。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過程中，不許根據(jù)揭露的水文注漿情況和采準(zhǔn)工程的要求而進(jìn)行調(diào)整。
[0008]所述的上向注漿孔形成的鉆孔控制網(wǎng)度控制在8mX8m以內(nèi)為佳。
[0009]在端硐室布置向外下向_5。、-30。和-60。注衆(zhòng)孔，孔深45~60m,以端硐室中心為基點(diǎn)，各下向注漿孔在平面上對(duì)稱布置，相互夾角為10° ;在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過程中，必須根據(jù)揭露的水文注漿情況和采準(zhǔn)工程的要求而進(jìn)行調(diào)整。
[0010]6)在井下采用坑道鉆機(jī)和潛孔鉆施工各度的注漿孔，并設(shè)置孔口安全裝置，孔口安全裝置由孔口管、孔口防水閘門組成；
7)漿液在裂隙中的擴(kuò)散形成的漿液擴(kuò)散半徑必須同時(shí)符合:
①計(jì)算公式
【權(quán)利要求】
1.一種適于富水礦山井下開采堵水用的帷幕注漿工藝，其特征在于采用以下技術(shù)方案: 1)首先應(yīng)分析前期勘探鉆孔的水文工程地質(zhì)資料及巷道、前期勘探鉆孔揭露的情況，查明礦山巖溶裂隙發(fā)育情況及礦山涌水情況； 2)選取合適的帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)，要求其堵水率達(dá)到80~95%； 3)利用井下巷道及硐室進(jìn)行注漿巷道和超前探水注漿孔的施工，并對(duì)巖性不穩(wěn)固的巷道采取掛網(wǎng)噴漿法支護(hù)； 4)根據(jù)帷幕所能承受的最大水頭及注漿材料所能允許的滲透比降確定帷幕注漿的帷幕厚度=T=Hs/J0，m， 式中:HS-帷.所能承受的最大水頭，m, Jc1-注漿材料所能允許的滲透比降； 5)在每個(gè)硐室布置仰5°、15°和25°的上向注漿孔各6個(gè)，注漿孔設(shè)計(jì)以硐室中心為基點(diǎn)，各度注漿孔在平面上相互錯(cuò)開60°均勻布置，孔深45~60m，5°、15°和25°注漿孔之間在平面上相互錯(cuò)開20°均勻布置；在端硐室布置向外下向-5°、-30°和-60°注漿孔，孔深45~60m ，以端硐室中心為基點(diǎn)，各下向注漿孔在平面上對(duì)稱布置，相互夾角為10。； 6)在井下采用坑道鉆機(jī)和潛孔鉆施工各度的注漿孔，并設(shè)置孔口安全裝置，孔口安全裝置由孔口管、孔口防水閘門組成； 7)漿液在裂隙中的擴(kuò)散形成的漿液擴(kuò)散半徑必須同時(shí)符合: ①計(jì)算公式-.R=^[21^ //η 式中:R_為衆(zhòng)液擴(kuò)散半徑，m, K-為巖層滲透系數(shù)， t-注漿延續(xù)時(shí)間，h， r-輸衆(zhòng)管半徑，mm, U1-水的黏滯系數(shù)， μ 2-漿液的黏滯系數(shù)， H注漿壓力，MPa， η-巖層的孔隙率； ②根據(jù)《注漿技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，大理巖裂隙含水層中，漿液有效擴(kuò)散半徑取6~15m; 8)在整個(gè)注漿過程中，分別按照初始?jí)毫?、過程壓力和終值壓力三個(gè)階段，分別設(shè)計(jì)這三個(gè)階段的壓力值； 9)注漿孔的漿液消耗量為0.3~0.8t/m ； 10)其它參數(shù):注漿材料、漿液濃度、注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)符合設(shè)計(jì)要求。
2.如權(quán)利要求1所述的一種適于富水礦山井下開采堵水用的帷幕注漿工藝，其特征在于:所述的上向注漿孔形成的鉆孔控制網(wǎng)度在8mX8m以內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種適于富水礦山井下開采堵水用的帷幕注漿工藝，其特征在于:當(dāng)注漿孔采用單液注漿時(shí)，在終值壓力下，注漿段吸漿量小于20~35L/min、持續(xù)30min后，即可結(jié)束注衆(zhòng)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種適于富水礦山井下開采堵水用的帷幕注漿工藝，其特征在于:設(shè)計(jì)的初始?jí)毫殪o水壓力的1.0倍，過程壓力控制在1.5~2倍靜水壓力值之間，設(shè)計(jì)的終值壓力為2.0~3.0 倍靜水壓力。
【文檔編號(hào)】E21D11/38GK103967507SQ201410150803
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】王運(yùn)敏, 汪為平, 李何林, 范慶, 婁廣文, 武飛, 汪紹元, 路洪斌, 李同鵬, 唐開元 申請(qǐng)人:中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司, 華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司, 中鋼集團(tuán)馬鞍山礦院工程勘察設(shè)計(jì)有限公司