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1、10申请公布号CN103967507A43申请公布日20140806CN103967507A21申请号201410150803522申请日20140416E21D11/10200601E21D11/3820060171申请人中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司地址243000安徽省马鞍山市经济开发区西塘路666号申请人华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司中钢集团马鞍山矿院工程勘察设计有限公司72发明人王运敏汪为平李何林范庆娄广文武飞汪绍元路洪斌李同鹏唐开元74专利代理机构马鞍山市金桥专利代理有限公司34111代理人常前发54发明名称一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺57摘。
2、要本发明公开了一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺。注浆孔布置方式为在每个硐室布置仰5、15和25的上向注浆孔各6个，各度的注浆孔在平面上相互错开60均匀布置；在端硐室布置向外下向5、30和60注浆孔。其注浆工艺为地面仓库袋装水泥运送至井下需要注浆水平，经工作面临拌站、二级储浆池、注浆泵、注浆管、孔口高压装置进行注浆，达到设计的注浆终压后，结束注浆，进一步养护、扫孔后完成整个帷幕注浆作业。本发明针对顶板岩溶裂隙，在井下建造高堵水率的注浆帷幕，可以起到隔水和加固的双重作用，在注浆帷幕的保护下安全高效地将矿体解放出来，为矿山的安全高效开采提供技术保障，工程投入少，工期短。51INTCL权利。
3、要求书2页说明书6页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图2页10申请公布号CN103967507ACN103967507A1/2页21一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺，其特征在于采用以下技术方案1）首先应分析前期勘探钻孔的水文工程地质资料及巷道、前期勘探钻孔揭露的情况，查明矿山岩溶裂隙发育情况及矿山涌水情况；2）选取合适的帷幕防渗标准，要求其堵水率达到8095；3）利用井下巷道及硐室进行注浆巷道和超前探水注浆孔的施工，并对岩性不稳固的巷道采取挂网喷浆法支护；4）根据帷幕所能承受的最大水头及注浆材料所能允许的渗透比降确定帷幕注浆的帷幕厚。
4、度THS/J0，M，式中HS帷幕所能承受的最大水头,M，J0注浆材料所能允许的渗透比降；5）在每个硐室布置仰5、15和25的上向注浆孔各6个，注浆孔设计以硐室中心为基点，各度注浆孔在平面上相互错开60均匀布置，孔深4560M，5、15和25注浆孔之间在平面上相互错开20均匀布置；在端硐室布置向外下向5、30和60注浆孔，孔深4560M，以端硐室中心为基点，各下向注浆孔在平面上对称布置，相互夹角为10；6）在井下采用坑道钻机和潜孔钻施工各度的注浆孔，并设置孔口安全装置，孔口安全装置由孔口管、孔口防水闸门组成；7）浆液在裂隙中的扩散形成的浆液扩散半径必须同时符合计算公式R式中R为浆液扩散半径，M，。
5、K为岩层渗透系数，T注浆延续时间，H，R输浆管半径，MM，1水的黏滞系数，2浆液的黏滞系数，H注浆压力，MPA，N岩层的孔隙率；根据注浆技术规程规定，大理岩裂隙含水层中，浆液有效扩散半径取615M；8）在整个注浆过程中，分别按照初始压力、过程压力和终值压力三个阶段，分别设计这三个阶段的压力值；9）注浆孔的浆液消耗量为0308T/M；10）其它参数注浆材料、浆液浓度、注浆结束标准符合设计要求。2如权利要求1所述的一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺，其特征在于所述的上向注浆孔形成的钻孔控制网度在8M8M以内。3如权利要求1或2所述的一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺，其特征在于。
6、当注浆孔采用单液注浆时，在终值压力下，注浆段吸浆量小于2035L/MIN、持续30MIN后，即可结束注浆。权利要求书CN103967507A2/2页34如权利要求3所述的一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺，其特征在于设计的初始压力为静水压力的10倍，过程压力控制在152倍静水压力值之间，设计的终值压力为2030倍静水压力。权利要求书CN103967507A1/6页4一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺技术领域0001本发明涉及一种地下矿山堵水工程技术，尤其是涉及一种矿体顶板岩溶裂隙发育且强富水条件下的地下矿山开采堵水工程技术，特别适用于含水层岩溶裂隙、溶洞发育、含水丰富且矿体。
7、相对集中的地下矿山开采的堵水工程中应用。背景技术0002对地下水丰富的矿山,为保证井下安全生产,常要进行排水疏干，矿山抽排地下水必然会产生大面积降水漏斗，易引发地面塌陷，而且导致地下水位下降,致使泉水断流、水井干涸,如水口山铅锌矿、凡口矿、泗顶铅锌铁矿等，严重影响当地群众生活和工农业生产。矿山排水花费很大的成本,同时,周边水文地质环境受到严重伤害。为此，我国矿山防治水工作者借鉴水电大坝灌浆经验开发出矿区帷幕注浆堵水技术。经过近40年实践、发展，我国矿区帷幕注浆堵水技术已步入实用阶段，日趋成熟。目前我国对矿山地质灾害已引起高度重视，可以说，帷幕注浆堵水技术势必成为大水矿山防治水的主要技术之一。0。
8、003国外的矿区帷幕注浆多为第四系表土层中的浅截帷幕，且大部分是用钻铣法或铲挖法施工的地下防渗墙，与我国的深大帷幕比较，不可同日而语。可以说，从矿区帷幕的应用范围、帷幕规模，以及所获得的经济效益、社会效益等方面来衡量，我国独创的矿区帷幕注浆堵水技术均处于世界领先水平。0004目前国内外在矿区地面帷幕注浆已有近20个工程实例，而井下围岩帷幕注浆则罕见报道，两者在堵水率及安全性方面，均有明显区别，前者距采区有一定距离，不受采矿工程的影响，要求有一定的堵水率即可，而且幕内有完善的排水系统，不存在突水淹井的威胁；而后者紧贴矿体，容易被采矿活动（爆破、沉降等）所破坏，同时确保不发生突水淹井事故，因此其技。
9、术难度可想而知。0005西部探矿工程2008年第3期发表的帷幕注浆在矿山治水中的应用一文指出“帷幕灌浆就是在主要矿体外围一定距离内,利用帷幕灌浆的方法将矿体地段与外界的水力联系隔断,最大限度的减少矿坑涌水量”。工程建设2009年2月发表的“帷幕注浆在凡口地区矿山堵水中的应用”一文中对在强动水条件下进行帷幕注浆的施工方法进行了介绍，其治理方案及原理为通过贯穿地下水活动层的钻孔对透水地层主要为壶天群白云质灰岩和大唐阶泥质灰岩进行注浆，堵塞地下水活动通道，使得地层局部性质改变形成相对不透水柱状区域。划线横穿主要地下水流入矿坑的途径，线上进行等距节点式钻孔注浆，使得柱状相对不透水区域连接在一起形成一道。
10、相对不透水的帷幕，帷幕连接相对隔水层天子岭组花斑状灰岩，以此来阻断地下水流入矿坑的路径，达到阻止矿坑涌水的目的。但这种帷幕注浆堵水技术，难以适应矿体顶板岩溶裂隙发育且强富水矿床的帷幕注浆堵水。发明内容0006本发明的目的就是针对现有技术中存在的上述缺陷，而提供一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺，不仅可以增强顶板稳固性，同时起到隔水作用，且堵水率说明书CN103967507A2/6页5高、安全可靠。0007为实现本发明的上述目的，本发明一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺采用以下技术方案1）首先应分析前期勘探钻孔的水文工程地质资料及巷道、前期勘探钻孔揭露的情况，查明矿山岩溶裂隙。
11、发育情况及矿山涌水情况；2）选取合适的帷幕防渗标准，要求其堵水率达到8095；3）利用井下巷道及硐室进行注浆巷道和超前探水注浆孔的施工，并对岩性不稳固的巷道采取挂网喷浆法支护；4）根据帷幕所能承受的最大水头及注浆材料所能允许的渗透比降确定帷幕注浆的帷幕厚度THS/J0，M，式中HS帷幕所能承受的最大水头,M，J0注浆材料所能允许的渗透比降；5）在每个硐室布置仰5、15和25的上向注浆孔各6个，注浆孔设计以硐室中心为基点，各度注浆孔在平面上相互错开60均匀布置，孔深4560M，5、15和25注浆孔之间在平面上相互错开20均匀布置。在现场实施过程中，不许根据揭露的水文注浆情况和采准工程的要求而进行。
12、调整。0008所述的上向注浆孔形成的钻孔控制网度控制在8M8M以内为佳。0009在端硐室布置向外下向5、30和60注浆孔，孔深4560M，以端硐室中心为基点，各下向注浆孔在平面上对称布置，相互夹角为10；在现场实施过程中，必须根据揭露的水文注浆情况和采准工程的要求而进行调整。00106）在井下采用坑道钻机和潜孔钻施工各度的注浆孔，并设置孔口安全装置，孔口安全装置由孔口管、孔口防水闸门组成；7）浆液在裂隙中的扩散形成的浆液扩散半径必须同时符合计算公式R式中R为浆液扩散半径，M，K为岩层渗透系数，T注浆延续时间，H，R输浆管半径，MM，1水的黏滞系数，2浆液的黏滞系数，H注浆压力，MPA，N岩层的。
13、孔隙率；根据注浆技术规程规定，大理岩裂隙含水层中，浆液有效扩散半径取615M；8）在整个注浆过程中，注浆压力随着注浆孔周围浆液的扩散、沉析、充填压裂等情况的变化而随时变化，分别按照初始压力、过程压力和终值压力三个阶段，分别设计这三个阶段的压力值；一般情况下，设计的初始压力为静水压力的10倍，过程压力控制在152倍静水压力值之间，设计的终值压力为2030倍静水压力。00119）为了达到最佳注浆效果，必须注入足够的浆液量，以保证浆液有一定的扩散说明书CN103967507A3/6页6范围，形成足够的注浆厚度。根据同类矿山注浆分析比较，注浆孔的浆液消耗量为0308T/M，10）其它参数注浆材料、浆液。
14、浓度、注浆结束标准符合设计要求；当注浆孔采用单液注浆时，在终值压力下，注浆段吸浆量小于2035L/MIN、持续30MIN后，即可结束注浆。0012选取浆液粘度低，可注性好，浆液扩散半径适宜，浆液结石率高，抗渗性好，稳定性好，结石长期在水中浸泡不发生态变的材料作为注浆材料，如纯水泥浆和粘土水泥浆；针对不同宽度的裂隙，采取几种不同浓度的浆液，先稀后浓。0013本发明一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺的主要技术特点有在井下施工钻孔，针对性强，无效钻进少；针对顶板岩溶裂隙，起到隔水和加固的双重作用；工程投入少，工期短，并具有以下效果（1）通过水平探水孔注浆施工后，可基本上查明矿体导水构造裂隙。
15、的产状与规模，地下水分布规律等特征，定性分析地下水静动储量。0014（2）实施井下帷幕加密注浆工程后，近矿体围岩的水文地质特征基本查清，绝大部分的导水裂隙及漏水“天窗”已被封堵，矿坑涌水量明显减少，估计可减少矿坑涌水量7080左右，突水风险大大降低，为矿体安全高效开采提供了强有力的技术保证；（3）通过对矿床井下帷幕注浆工程的实施，在具备一定的安全技术措施条件下，可基本上保障注浆帷幕以下矿量的安全开采；（4）矿体形成整体井下注浆帷幕后，可节约大量的排水费用，经济利益显著；（5）帷幕注浆工程实施后，可基本上保证矿区地下水不下降，地面基本不出现塌陷；（6）降低了岩溶裂隙发育且强富水矿山的开采风险，并。
16、可以在各种类似条件矿山中推广应用。附图说明0015图1为本发明一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺纵向投影图。0016图2为本发明一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺水平向投影图。0017图3为本发明一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺的的注浆工艺流程图。0018附图标记为1硐室；2巷道；35探水注浆孔；415探水注浆孔；525探水注浆孔；6水位线。具体实施方式0019下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。0020由图1所示的本发明一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺纵向投影图并结合图2看出，巷道2位于水位线6之下，各硐室1沿巷道2侧向布置。00211）。
17、上向探水注浆孔布置在每个硐室1布置仰5、15和25探水注浆孔各6个，形成钻孔控制网度为8M8M以内。探注钻孔设计以硐室中心为基点，6个5探水注浆孔3、6个15探水注浆孔4、6个25探水注浆孔5各自在平面上相互错开60均匀布置，孔深50M。5、15和25探水注浆孔之间相互错开20均匀布置。在现场实施过程中，不许根据揭露的水文注浆情况和采准工程的要求而进行调整。说明书CN103967507A4/6页700222）下向探水注浆孔布置在端硐室向外布置下向5、30和60探水注浆孔，孔深50M。以端硐室中心为基点，各下向探水注浆孔在平面上对称布置，相互夹角为10。在现场实施过程中，必须根据揭露的水文注浆情。
18、况和采准工程的要求而进行调整。00233）根据采准工程的要求，进行钻孔、注浆，形成注浆帷幕，具体参数为（1）帷幕厚度为THS/J0，M，式中HS帷幕所能承受的最大水头,M，J0注浆材料所能允许的渗透比降；（2）浆液在裂隙中的扩散形成的浆液扩散半径必须同时符合计算公式R式中R为浆液扩散半径，M，K为岩层渗透系数，T注浆延续时间，H，R输浆管半径，MM，1水的黏滞系数，2浆液的黏滞系数，H注浆压力，MPA，N岩层的孔隙率；根据注浆技术规程规定，大理岩裂隙含水层中，浆液有效扩散半径取615M；（3）其它参数注浆材料、注浆压力、浆液浓度、注浆结束标准符合设计要求。0024注浆压力注浆压力是浆液克服流动。
19、阻力进行渗透扩散的动力，是决定注浆效果的主要因素。在整个注浆过程中，注浆压力随着注浆孔周围浆液的扩散、沉析、充填压裂等情况的变化而随时变化，一般分为初始压力、过程压力和终值压力三个阶段。0025初始压力此时由于注浆刚刚开始，宜采用稀浆低压注浆，使浆液慢慢的过散、充填，一般初始压力为静水压力的10倍。0026过程压力出现在注浆过程的中期，此时浆液在裂隙内流动扩散、沉析、充填，大裂隙逐渐缩小、小裂隙开始进浆充填。过程压力控制在152倍静水压力值之间。0027终值压力出现在注浆末期，是注浆结束时的压力，此时出现注浆量随压力升高而减小的现象，仍需保持注浆压力并稳定一段时间，其目的是使已经充填饱满的空隙。
20、在高压下进一步压实，这个阶段的持续时间较短，由于压力曲线明显上升，标志注浆已临近结束，应按注浆结束标准结束注浆工作，设计注浆终压为2030倍静水压力。在实际注浆工作中，应综合考虑，灵活运用，当岩石裂隙不发育或岩溶裂隙中有较多充填物时，尤其是矿体上下盘破碎接触带，宜采用高压注浆对其进行压密挤实、充填细微裂隙或加固处理；若岩溶裂隙发育，则应采用低压、浓浆、定量间歇注浆方法，以免浆液扩散过远，造成浪费。0028浆液浓度注浆孔的浆液的浓度直接影响浆液的可注性和结石强度，由于注浆段中含有不同宽度的裂隙，因此每次注浆中都应采用几种浓度的浆液，原则是先稀后浓，用不同浓度的浆液分别去适应各种不同宽度的裂隙。单。
21、液水泥浆的起始浓度由每个钻孔注浆段的岩层吸水率决定。单液水泥浆起始浓度按水灰比21、151、11和081等四个级别进行配比，供注浆说明书CN103967507A5/6页8时选择；水泥、水玻璃双液浆一般采用11的水泥浆的体积与水玻璃的体积配比，体积比为11和108二个级别。0029浆液注入量为了达到最佳注浆效果，必须注入足够的浆液量，以保证浆液有一定的扩散范围，形成足够的注浆厚度。浆液注入量与注浆段厚度、岩石裂隙率、岩溶率、浆液凝胶时间等有关，但由于岩石的裂隙率很难准确提供，因此每孔的浆液注入量计算值，只能供准备材料时参考。根据同类矿山注浆分析比较，每米注浆孔的浆液消耗量为0308T/M。003。
22、0注浆结束标准注浆孔单液注浆时，在设计的终值压力下，注浆段吸浆量小于2035L/MIN，持续30MIN后，即可结束注浆。0031注浆材料。注浆材料应满足以下要求浆液粘度低，可注性好，浆液扩散半径适宜；浆液结石率高，抗渗性好，稳定性好，结石长期在水中浸泡不发生态变。根据上述要求，可选用纯水泥浆和粘土水泥浆。与纯水泥浆相比，粘土水泥浆的成本只有纯水泥浆的60，而且可注性、稳定性和抗稀释性更好，条件适宜时应优先选用，其缺点是强度较低，造浆工艺复杂。00324）钻孔和注浆过程中严格按照有关的技术要求进行。0033由图3所示的本发明一种适于富水矿山井下开采堵水用的帷幕注浆工艺的的注浆工艺流程图并结合图1。
23、、图2看出，其注浆工艺简单概述为地面仓库袋装水泥运送至井下需要注浆水平，经工作面临拌站、二级储浆池、注浆泵、注浆管、孔口高压装置进行注浆，达到设计的注浆终压后，结束注浆，进一步养护、扫孔后完成整个帷幕注浆作业。具体按照以下工艺流程进行1）首先应分析前期勘探钻孔的水文工程地质资料及巷道、前期勘探钻孔揭露的情况，查明矿山岩溶裂隙发育情况及矿山涌水情况；2）选取合适的防渗标准，一般要求其堵水率达到90左右,才可能满足采矿生产的顺利实施；3）利用井下巷道及硐室进行注浆巷道和超前探水注浆孔的施工，并对岩性不稳固的巷道采取挂网喷浆法支护；4）根据帷幕所能承受的最大水头及注浆材料所能允许的渗透比降确定帷幕注。
24、浆的厚度；5）在井下通常采用坑道钻机和潜孔钻施工各度的注浆孔，并设置孔口安全装置，孔口安全装置由孔口管、孔口防水闸门组成；6）结合渗透系数、裂隙开度、注浆压力、浆液浓度和注入时间等因素的变化情况，并根据注浆技术规程规定，确定浆体扩散半径；7）在整个注浆过程中，注浆压力随着注浆孔周围浆液的扩散、沉析、充填压裂等情况的变化而随时变化，一般分为初始压力、过程压力和终值压力三个阶段，分别设计这三个阶段的压力值；8）选取浆液粘度低，可注性好，浆液扩散半径适宜，浆液结石率高，抗渗性好，稳定性好，结石长期在水中浸泡不发生态变的材料作为注浆材料，如纯水泥浆和粘土水泥浆；9）针对不同宽度的裂隙，采取几种不同浓度的浆液，先稀后浓；10）为了达到最佳注浆效果，必须注入足够的浆液量，以保证浆液有一定的扩散范围，说明书CN103967507A6/6页9形成足够的注浆厚度。根据同类矿山注浆分析比较，每米注浆孔的浆液消耗量为0308T/M。003411）注浆孔单液注浆时，在终值压力下，注浆段吸浆量小于2035L/MIN，持续30MIN后，即可结束注浆。说明书CN103967507A1/2页10图1图2说明书附图CN103967507A102/2页11图3说明书附图CN103967507A11。