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安徽黄屯硫铁矿矿坑涌水治理的帷幕注浆工艺
乐 应
【摘 要】摘 要 安徽省庐江县黄屯硫铁矿经过前期水文地质勘察，预测矿坑涌水量达到108 000 m3/d。为确保矿山安全开采，采用帷幕注浆方法对矿坑涌水进行治理。详细分析了帷幕设计参数、施工工艺、技术要求，实践表明：工艺实施后，使得主孔水位标高由-13.55 m降至-16.92 m，堵水率达到65%以上。
【期刊名称】现代矿业 【年(卷),期】2018(000)007 【总页数】3
【关键词】关键词 帷幕注浆 矿坑涌水 施工工艺 技术要求
黄屯硫铁矿位于安徽省庐江县龙桥镇境内，黄屯新区以北约1 km处，位于马鞭山铁矿床北东侧附近。矿床属于未开发利用的新矿床，水文地质、工程地质条件复杂，预测矿坑涌水量极大。为确保矿山安全开采，降低地下水排水费用，本研究采用帷幕注浆工艺[1-5]进行矿坑涌水治理。
1 矿区概况
黄屯硫铁矿矿区基底地层总体呈一单斜构造，走向NE70°～80°，倾向SW，倾角40°～60°，局部可见小褶曲。矿区内主要发育有F1、F2、F3、F4 4条断层，矿区第四系覆盖层下还发育有多条隐伏破碎带，分别为Fp1～Fp5。 矿区内含水岩组为：①第四系孔隙水含水岩组，主要分布于黄屯河河谷，岩性为第四系下部冲洪积砂砾石层，该含水层富水性较弱，主要在矿区周边接受基岩裂隙水和裂隙-孔洞水的侧向补给，另外在矿区南部局部地段接受地表河流的
入渗补给等；②火山碎屑岩与熔岩类孔洞-裂隙水含水岩组，由侏罗系上统龙门院组粗安岩、含砾粗安岩、凝灰岩等组成，分布普遍，厚约300 m，岩石裂隙发育，受地质构造影响，岩石裂隙发育极不均一，导致该含水层组的富水性和透水性在水平及垂直方向差异较大，为承压水，裂隙倾角约70°至近直立，沿裂隙及硅化处多发育有孔洞，具连通性，富水性中等—极强，为矿区主要的含水层组；③碎屑岩夹碳酸盐类岩溶裂隙水含水岩组，主要由三叠系上统拉犁尖组下段及中统铜头尖组粉砂岩、泥质粉砂岩及灰岩组成，陡倾角裂隙较发育，沿裂隙常发育有孔洞，具有连通性，富水性中等[3]。
矿区内隔水岩组为：①三叠系拉犁尖组上段石英砂岩、粉砂岩等，层理及微裂隙较发育，但多被泥质充填，沿裂隙零星发育有小孔洞，为相对隔水层[3]；②黄屯闪长玢岩，分布于钻孔中深部，该层岩芯完整，裂隙不发育，为相对隔水层。
天然条件下，矿区地下水主要来源于大气降水，于南部、东部、西部低山丘陵区通过基岩裂隙、破碎带渗入地下并补给地下水，其次为地表水下渗补给。但因矿区内第四系松散堆积层全覆盖且含水贫乏，大气降水对矿坑充水的直接影响较小。矿体赋存于埋深98.12～331.56 m的岩层中，矿体、围岩、直接顶底板均为矿区内的主要含水层。群孔抽水试验表明，矿区含水层地下水水量丰富，为矿坑的直接充水来源。
2 帷幕注浆堵水方案
黄屯硫铁矿帷幕注浆工程由南、中、西3段帷幕共同组成，其中，南帷幕EDC段长969.1 m、中帷幕IJ段长1 052.9 m，西帷幕FGHI段长700.1 m。南、中、西3段帷幕与F1断层南段及F2断层在平面上共同构成了首尾相连的全封
闭式帷幕。钻孔设计孔距6～7 m，局部孔段可加密至3～4 m。设计帷幕幕顶为基岩面，帷幕幕底进入弱透水层约20 m，且最后一段注浆前的透水率小于3 Lu。帷幕防渗指标为q<3 Lu，帷幕厚度为6 m。浆液扩散半径为4 m。钻孔开孔孔径不小于130 mm，终孔孔径不小于91 mm，特殊情况下最后一段可采用75 mm终孔孔径。采用2.5～3倍静水压力，破碎带注浆压力为静水压力的4倍，部分泥灰岩孔段的注浆压力为1～2.5倍静水压力[6-7]。 2.1 钻孔施工
放孔均采用全站仪及钢卷尺共同完成，孔位偏差不宜超过20 cm。施工钻孔时，钻机安装须水平、平稳，基岩钻进须全部采用清水进行，钻进过程中须保证采芯率，完整基岩岩芯采取率大于70%，破碎岩层岩芯采取率大于50%，钻进过程中须详细揭露孔深、孔径、冲洗液漏失情况、掉钻及坍塌位置等信息。每50 m测斜1次，变径及破碎带处需加密测斜，全孔孔斜率须小于1%，偏斜过大时应及时采取纠偏措施。每100 m须验证1次孔深，终孔孔深误差不宜大于1‰[8-10]。 2.2 注浆材料
本研究注浆浆液以水泥黏土浆为主，注浆量较大时可根据压力情况添加少量的水玻璃辅助剂。水泥采用42.5级普硅水泥，水泥细度要求通过80 μm方孔筛后的筛余量不大于5%，且不得使用受潮结块的水泥，进场水泥须同时具备出厂合格证及出厂检验质量合格报告。黏土塑性指数≥10，黏粒(粒径小于0.005 mm)含量不小于15%，含砂量(0.05～0.25 mm)不大于5%，有机物含量不宜大于3%。灌浆前，应严格按配比进行配浆，严格控制材料的加入量。灌浆过程中，需对浆液密度进行测试，对于不合格的浆液严禁输送至二次搅拌桶。