浅谈水文地质勘察及帷幕注浆在铜陵有色安庆铜矿深部矿区防治水工程中的应用

魏晨曦

（铜陵有色矿产资源中心，安徽 铜陵 244000）

安庆铜矿位于长江中下游铁铜成矿带中部，隶属于铜陵有色金属集团股份有限公司。东马鞍山矿体位于安庆铜矿以东，东马鞍山北部一带，受三叠系下中统南陵湖组，月山组大理岩与闪长岩之间形成的矽卡岩接触带控制，沿东马鞍山倒转背斜的倒转翼（即北翼和北西翼），作陡倾斜产出，为一隐伏的接触交代矽卡岩型铜铁矿床。矿体形态复杂，严格受接触带控制，总体是西高东低，呈阶梯状侧伏，相关研究认为该处矿体周边含水构造较发育且富水性较强。通过前期的水文地质条件的研究，也证实了相关研究结论，特别是导水构造产状、空间分布规律及富水性等性质，这些都阻碍了矿区的开采与生产发展。为确保东马鞍山矿体安全、经济、高效回采，最大程度地削弱地下水对矿体开采的影响，充分利用矿山探矿及开采时的地质、水文地质资料，针对东马鞍山矿体平面上不同的富水性，开展水文地质勘察及帷幕注浆治理是很有必要的。本文通过施工过程中的一些具体环节，展开讨论。

1 重要意义

该项工程主要目的是通过水文地质勘察及编录，收集分析矿区水文地质情况，开展矿床充水因素研究、突水特征及规律研究、突水危害预测研究、探水及治水方案研究等工作，查明矿床范围水文地质条件，探明含水构造特征及分布情况。随后采用局部矿体外侧帷幕注浆防治水的综合处理办法，针对威胁矿山安全开采的含水裂隙带，实施有效地注浆封堵，从而真正做到安全、经济、高效的采矿模式。同时，有效的帷幕帷幕注浆也可以大幅减少矿产开采过程中的排水压力，从而又能节约一笔不小的生产费用，避免了能源的浪费。

2 矿区主要含水岩组及富水性

（1）松散岩类孔隙含水岩组。由第四系全新统坡积、冲积亚砂土夹砂及砂砾层透镜体组成，局部含粘土层，呈双层结构。

（2）碎屑岩类裂隙含水岩组。由中三叠统铜头尖组粉砂岩、月山组上段含钙质粉砂岩等组成，裂隙较发育，但多闭合而连通性差，一般含水极弱或不含水，风化带及局部张性裂隙密集带富水性稍好。

（3）碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩组。由中三叠统月山组上段钙质粉砂岩夹不纯大理岩组成，裂隙岩溶较发育，矿区钻孔见溶洞率25%，矿体附近埋藏较深，未见溶洞，局部可见溶孔。富水性弱—中等。

（4）碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组。按地层岩性、含水介质特征、富水性等可分为月山组中段（T2y2）含水层组，月山组下段（T2y1）含水层组，南陵湖组（T1n）含水层组。

月山组中段（T2y2）含水层组：由角砾状大理岩组成，地层破碎，岩溶裂隙发育，且相对均匀，连通性好。岩溶形态以小溶孔、溶蚀裂隙为主，局部有溶洞，孔隙率5%～20%。富水性中等-强。月山组下段（T2y1）含水层组：由三叠系中统月山组下段白云质大理岩组成，该层裂隙一般不发育，岩溶仅局部发育，岩溶形态主要为小溶孔、溶隙，溶洞少见。富水性弱。南陵湖组（T1n）含水层组：由三叠系下统南陵湖组中厚层大理岩组成，该层岩溶裂隙在南部发育，向北随埋深的增加逐渐减弱。富水性中等～强，但不均匀。

（5）岩浆岩类裂隙含水岩组。由燕山期闪长岩和闪长玢岩组成。闪长岩（月山岩体）：裂隙一般不发育，风化带裂隙较发育。坑下各中段均揭露该层，其中在中部及西部裂隙不发育，一般干燥无水，仅探矿孔揭露有涌水点。闪长玢岩（总铺岩体）：分布于矿区东部外围，为矿区东部相对隔水边界。

3 水文地质勘察钻孔施工要求

探水钻孔开孔口径110mm，钻进4m后停钻，然后埋设孔径108mm长4.5m的孔口管，孔口管外侧加工凸台，安装时管壁外侧缠绕棉纱并涂抹水泥浆，孔口安装闸阀后压水实验，待抗压强度达到10MPa后，方能正常钻进，正常钻进时改用75mm钻头。如钻进过程中遇到突水或者破碎带卡钻，则可停钻注浆，采取孔口封闭纯压注浆法全段封孔，起到封堵涌水裂隙、加固破碎带的作用，随后重新扫孔，直至终孔。

所有探水孔兼具水文地质勘察孔及注浆作用，探水孔即为水文勘察注浆孔，对于钻孔的施工技术要求如下：

（1）将钻孔按种类和次序统一编号，现场用全站仪确定孔口位置，实际开孔位置与放点位置偏差不得大于10cm。

（2）钻孔的开闭孔孔径及终孔深度应和设计相符，施工过程中加强孔内排粉作业，孔底残留岩粉需小于30cm。

（3）钻进过程中的冲洗液选用清水，如孔内破碎掉块严重，则可选择泥浆护壁。

（4）钻进过程应时刻做好预防突水的准备工作，突水前通常会有先兆情况，如涌水量突然变大，水压突然升高，一旦发生突水，应立即锁止钻杆夹持器，利用孔口反力装置慢慢退出孔内钻杆，随后关闭孔口阀门，准备注浆封堵工作。

（5）钻孔偏斜度：偏斜容许范围不大于孔深的1.0%。注入浆液初凝后应及时扫孔，减少重复钻进，提高成孔率，减少偏斜。

（6）完整基岩岩芯采取率不低于70%，破碎基岩不低于50%，并准确进行水文地质编录。

（7）探水勘察孔进行水文地质编录，准确标明孔位坐标、方位角、孔深、孔径、换层标高，岩层描述，岩溶发育位置，充填物状态，取芯率，偏斜率，下套管部位，以及钻进过程中的故障情况等均要准确记录。

（8）探水勘察孔需全孔取芯，并在班表表上记录孔内破碎带位置，出水点位置，出水量水压及孔内出水颜色；

4 注浆工艺及参数设计

4.1 注浆材料及配比

注浆材料在受注岩层中有效扩散是确保注浆堵水成功的关键，由于受注岩层为大理岩，裂隙发育极不均一，既有强富水的细裂隙，局部也存在宽大的导水裂隙。为此，注浆材料采用水泥粘土浆、单液水泥浆两种浆液。单液水泥浆：水灰比为2:1、1.5:1、1:1、0.8:1四种，当注浆孔采用水泥粘土浆连续灌注100m3，仍不能达到设计结束标准时采用。深部矿床局部裂隙为细小裂隙，当浆液扩散不够时，可使用超细水泥。当存在渗漏点时，可采用水泥水玻璃双液浆。

注浆材料要求如下：①水泥：普通硅酸盐水泥，水泥标号不应低于P.042.5号。水泥必须符合质量标准，不得使用受潮结块的水泥。②粘土：采用袋装膨润土。③水玻璃：模数2.8～3.4，浓度宜为35～45波美度。④水：一般工业用水。

4.2 注浆参数设计

①注浆分段长度：一般情况注浆分段长度为5m～10m，但当钻孔揭露单点涌水量达到10m3/h时，停钻注浆，不受注浆长度的限制。②注浆压力：注浆压力取1.5～2倍的静水压力。矿体顶板30m以内为重点注浆段，适当提高注浆压力。③浆液扩散半径R：浆液在地层中的扩散取决于很对因素，如地层的裂隙产状、裂隙开度、裂隙富水程度及地下水的流速、注浆的压力、注浆材料的配比浓度及凝结时间等很多因素，目前暂时没有一个准确地计算公式用以测算注浆半径，类比之前其他矿山的注浆经验，暂时将浆液扩散半径定为5m，实际扩散情况需施工检查孔观察取得的岩心中是否有残留注浆体。④浆液注入量：根据同类岩溶矿山井下注浆工程经验，重点段注浆按1.0m3/m，非重点段按每米0.3m3/m。

4.3 浆液配合比的确定

当注浆段涌水量小于30m3/h、或ω小于150L/min/m，采用水固比3:1水泥粘土浆开灌，逐级加浓。注浆段涌水量大于30m3/h、或ω大于150L/min/m，采用水固比1:1水泥粘土浆开灌。一次水泥粘土浆注浆量大于100m3时：采用间歇注浆或单液水泥浆，间歇时间为20分钟到1小时。

4.4 养护、扫孔与复注时间的确定

一个注浆段注浆后，为了复注或下行继续钻进，钻具首先要穿过已注段（俗称扫孔）。当养护时间过长、扫孔速度慢，且可能出现孔斜；反之，时间过短会影响注浆质量。另外，每一个注浆段，往往不可能一次就完成注浆工作，最少复注一次，多则几次。为达到注浆堵水目的，根据不同的注浆材料，对养护、扫孔与复注时间的规定如下：当采用高压水泥单液浓浆灌注结束注浆时，注浆结束4小时后开始扫孔。当低压单液水泥稀浆结束注浆时，注浆结束后6小时开始扫孔。

4.5 注浆结束标准

入整个注浆的过程均符合设计要求，且达到以下终止注浆的标准：①注浆压力稳步上升，最终达到设计终压标准。②浆液注入量：单液浆小于20升/分时、双液浆小于60升/分，压力稳定15～30分钟，即可终止本次注浆。

5 矿体旁侧帷幕注浆效果检测

数据分析：通过对比各序钻孔涌水量、注浆量的差别，及注浆过程中浆液配比的选用及注浆压力值的变化，可以作为前期判断注浆效果的一种手段。通常情况，一序孔、二序孔、三序孔揭露的涌水量、注浆量均呈递减的态势。施工检查孔：后序孔可对前期孔作注浆检查，同时依据前期出水钻孔的出水位置、出水量及注浆量，定点施工检查孔，目的是检查前期注浆情况，同时确认含水裂隙带的位置及走向，检查孔的深度，不小于注浆孔的深度，检查孔数为注浆孔的10%。

6 结语

做好矿区水文地质地理的勘探工作以及钻探过程中探孔的分布结构设计工作，是提高水文地理地质勘探报告质量的重要条件，也为确保矿区安全生产和开采以及合理开发和利用地下水提高了重要理论数据，而注浆治理则是从根本上的解决了矿区开采掘进过程中因地下水问题而形成的安全隐患，保障了矿区生产的正常进行。