自制分水阀在井下大水工勘孔注浆中的应用

王 勇，谢世平

(1.彝良驰宏矿业有限公司， 云南 昭通市 657600；2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012)



自制分水阀在井下大水工勘孔注浆中的应用

王 勇1，谢世平2

(1.彝良驰宏矿业有限公司， 云南 昭通市 657600；2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012)

其矿山大水工勘深孔注浆施工过程中遇到大涌水量、高水压、注浆段高等难点。针对这些难点，创新性地在孔口内安装分流减压阀，然后下放焊接了风扇叶的注浆管，通过注入少量双液浆形成自制分水阀，对工勘深孔中的各涌水段进行分段注浆，取得较好的注浆效果。实践表明，该方法运用于大水深孔注浆中是可靠的、有效的，为今后类似大水深孔注浆提供了借鉴。

大水深孔；自制分水阀；分流减压阀；分段注浆

1 工程概况

1.1 矿山背景

云南某铅锌矿是以构造裂隙为主的充水矿床，动静储量大，含水丰富，且控制水头高。现已探明矿体矿石储量600万t左右，延深至250 m标高，且深部仍有探矿前景。目前矿山正运行的一条竖井只能达到670 m中段，无法满足深部的提升要求。为了矿山资源持续接替，满足矿山深部探、采矿工程的要求，矿山正施工另一条竖井，设计深度为提升水平以下690.386～220 m标高。但该竖井施工至670 m中段时，遇到几条较大的构造破碎带，因涌水量大而无法继续施工。因此，在670 m中段其他穿脉内选定了一个构造相对不发育、工程地质条件较好的位置，施工一条混合盲竖井，以达到设计深度。为避免竖井施工过程中再次遇到导水断层或破碎带，影响工程施工，在盲竖井施工前需进行地质勘查，查清该处深部的水文地质条件。

1.2 工勘孔基本情况

工勘孔设计孔深730 m，孔径不小于91 mm。根据目前工勘孔的施工情况，在孔深353.40～354.10 m处为蚀变带，岩芯手捏即碎，涌水量为30 m3/h，因无法继续施工，采用全孔注浆进行堵水；待注浆完毕后继续施工，扫孔至180 m再次出现涌水，扩孔至孔深360 m后下Ф139.7 mm套管进行隔水，隔水后钻孔剩余涌水17 m3/h；钻孔钻进至490 m时，钻孔涌水缓慢增加至30 m3/h，再次扩孔后用Φ110 mm套管下至孔深490 m处进行隔水，隔水后钻孔剩余涌水小于10 m3/h；钻孔施工至孔深723.45 m，孔内突发涌水，水量达110 m3/h，温度37℃，水压为2.15 MP。因孔内涌水量大，不能继续施工，为保证钻孔后续工程能继续施工，须对钻孔进行注浆堵水。

2 注浆方式选择

根据该工勘孔施工过程中揭露的水文地质情况，发现在该孔内不同深度存在多个含水断裂破碎带。因此，可采用分段下行式注浆方式，对孔内各涌水段分别进行注浆封堵[2]。根据以往分段注浆施工的经验，由于钻孔涌水具有出水点深、水量大及水头压力高等特点，无法将普通止浆塞下至孔内各出水点进行分段，因此，本次设计采用自制分水阀结合分流减压阀进行分段处理，确保分段注浆的顺利施工。

3 分水阀工作原理

由于工勘孔内有3个涌水段，因此需要3根注浆管分别进行注浆封堵，以保证注浆质量。根据本次注浆的3个注浆段，拟在孔内形成两个分水闸阀，如图1所示。

分水阀由长度约5～10 cm外径略小于当段钻孔直径的套管或者钢管，通过风扇叶的形式与注浆管焊接在一起(能够通水、便于注浆管下放，有利于形成分水阀的堆积沉淀)，然后在下部用钢筋呈圆锥形焊接在注浆管上(能在钻孔变径处卡住)。

分水阀安装的原理：在高压力、大流量注浆前或注浆中，向孔内注入少量双液浆(水泥浆和水玻璃)，注浆中将钻孔分为多段注浆，同时阻断孔内涌水对闸阀的承压力，使大流量注浆施工能正常进行。

分水阀的安装：1#分水阀位于孔口下10～15 m左右位置，2#分水阀位于孔深490 m位置。先形成2#分水阀，再形成1#分水阀。

图1 分水阀结构及位置

4 注浆堵水施工

4.1 安装分流减压阀

为减小孔口涌水阻力及下放难度，确保注浆管的顺利下放，注浆前需在孔口安装特制的四通分流减压注浆阀，且在其中一个分水泄压口安装一个压力表，用以检查分水阀是否形成。如图2所示，该四通分流减压注浆阀竖直高度约2 m，主管口径大于孔口套管口径，与孔口管对接处为法兰盘，在每个分水泄压口均安装高压闸阀。

图2 四通分流减压注浆阀结构

4.2 形成分水阀

如图1所示，1#注浆管为大流量注浆管(钢管，长度660 m)，正常注浆使用。

2#注浆管长度为超过1#分水阀50 m即可，刚开始时向此管注入一定量的双液浆，用以形成2#分水阀，实现在490 m孔深附近分段，同时作为490 m孔深以上段正常注浆使用。2#分水阀形成后可以打开分水泄压口闸阀，观测涌水量，若涌水量明显减小则已经形成。

3#注浆管为PPR塑胶封堵管(长度3 m)，向此管注入双液浆，形成1#分水阀，阻断孔内涌水对闸阀的承压力，分水泄压孔处压力表用以检查分水阀效果。在安装1#分水阀后，打开分水泄压口闸阀，若无涌水，或者分水泄压口压力表无读数，则已经形成。

4.3 注浆堵水

1#、2#分水阀形成后，在分流减压口处安装闸阀，并关闭闸阀开始注浆。采用水灰比1∶1水泥单液浆进行注浆，初始注浆压力为2.5 MPa，注浆施工连续进行，直至结束，注浆终压达17 MPa，并稳定30 min，注浆结束，共注水泥约1270 t。

5 结 论

盲竖井工勘孔注浆施工从2015年5月21日开始，至2015年6月16日结束。根据注浆压力、钻孔进浆量等多方面分析，本次注浆堵水效果较好，为该工勘孔下一步的继续施工提供了有利的条件。同时，本次注浆施工创新采用的自制分水阀获得了成功的应用，为今后类似大水深孔注浆工程提供了借鉴。

[1]腾永波.徐楼铁矿注浆效果分析[J].采矿技术,2010(04):89-90.

[2]郑世书,等.专门水文地质学[M].徐州:中国矿业大学出版社，2008.

[3] 赵晓明,韩贵雷,于同超.帷幕注浆工程中止浆塞的应用[J].矿业工程,2010,8(6):60-61.

[4]梁 为,王海鹏,尹尚先.胶囊式分段注浆止浆塞的研制[J].煤炭工程,2011(3):114-116.

[5]韩贵雷.承压条件下破裂岩体注浆加固力学特性试验研究[J].矿业研究与开发,2012(05):70-74.(收稿日期：2015-11-22)

王 勇(1988-)，男，四川泸州人，助理工程师，主要从事矿山防治水及现场管理工作。