董庆欢
（1.中煤科工生态环境科技有限公司；
2.天地科技股份有限公司）
以某金属矿为背景，对勘查报告进行分析，发现基岩裂隙含水层的厚度较大，井筒穿越必然会面临地下水侵入的危险，所以在开挖井筒前要做好设计工作。对副井和主井基岩含水层治理时，采用地面预注浆技术。由于某金属矿地质条件复杂，破碎带地层破碎严重，裂隙密集发育及沟通交错，注浆施工工艺需要较高的技术要求。通过对破碎带地层的分析和注浆压力、注浆时间的控制，便于更好地完成注浆工作，并进行压水试验检测，确定出最终剩余涌水量。
根据井检孔钻探揭露，拟建副井处场地自上而下岩土层分布主要是第四系岩土层、岩土层、风化层和基岩层。
矿区西部发育有大断裂，勘察孔位于向斜构造带东侧。为了确定岩体的主要构造，进行钻孔操作，经过勘查后确定其结构面属于破碎带，同时对其规模做出界定，属于较小—中等状态，压扭性构造所占比重较大［1］，主要分布在副井436～440 m、463～472 m和主井668～703 m。
2.1 施工方案设计
对副井和主井井筒施工采用全直孔注浆的方式，井筒注浆孔的总数量均为12个，布孔方式采用双圈布孔法，内圈和外圈各为6 个（图1）。结合现场实际条件，在施工作业时分别有4 台钻机同时操作，其中2台负责施工内圈，另2台负责施工外圈，按照3个序次进行施工［2］。
2.2 注浆段高与压力
以含水层的位置、厚度为重要指标，结合注浆泵的性能、岩层岩性、裂隙发育特点等划分注浆段高度，同时还要遵循针对性、特殊性、一致性的原则，并以目前所掌握的地质资料为依据，完成不同注浆段高的划分工作［3］。不论是岩帽段还是其他注浆段的注浆终压，显然都大于静水压力，分别超过了1.5～2.5 倍、2.0～2.5 倍。根据实际情况进行适当的调节，二序孔施工过程中将全孔注浆段终压调整到静水压力的2.5～3倍。
根据现场实际情况，分别对副井的W5 第6 段（430～455m）和N3 第7 段（455～473m）注浆情况进行分析；
对主井的Z10第11段（668～703m）和Z12第11段（668～703m）进行工业性试验，通过P-t曲线图对注浆的结果进行分析总结。
3.1 副井施工情况
3.1.1 副井钻探施工
副井地面预注浆工程分3 个次序进行，第1 序注浆孔最先揭露地层，最能真实反映副井整体地质情况，钻进过程出现孔口不返泥浆的现象。第2序、第3序注浆孔造孔已形成了一定的帷幕，其位置在井筒整体地层，能够发挥出一定的堵水作用，避免出现大的钻井泥浆漏失的情况。在室内饱和单轴抗压强度的实验过程中，发现岩石硬度较高，注浆造孔施工过程中钻进效率较低，平均仅10 m/d。按照施工组织设计，对注浆孔终孔偏斜率保证低于5‰。施工时为了解决斜度较大的问题，分别采用加密测斜法与及时定向纠偏法。通过现场勘查发现，钻孔在注浆圈径上的分布并无异常，基本都处于均匀状态，落点虽然所处的深度不同，但总体是均布的，能够达到注浆所要求的质量标准［4］。
3.1.2 注浆施工情况
在注浆施工最初阶段，金属矿层有许多微裂隙，且存在裂隙贯通性的问题，难以保证注浆工作正常进行。在注浆工程中浆液注入量很难把握［5］，在副井钻一序孔的部分层段中时有出现漏浆问题；
注浆施工中窜浆频繁，多次发生本孔注浆，本孔返浆或与其他孔窜浆等现象。副井地面预注浆工程12个注浆孔共注浆256次，其中单液水泥浆和黏土水泥浆的注入量分别达到1 160.5 m3、27 441 m3。浆液总注入量已确定为28 601.5 m3，原设计注浆量为18 540 m3，前都超过后者10 061.5 m3，达到了设计总量的154%。
3.1.3 副井破碎带地层注浆量分析
副井破碎带地层岩石破碎十分严重，从节理来看处于裂隙发育状态，挤压揉皱情况较为突出，导致实际注入量严重超出设计注入量［6］。全孔RQD 值在0～50%的工程地质不良层位基本都处在破碎带中，造成了注浆压力增大。在注浆过程中出现本孔返浆并与其他孔串浆的现象，为保证注浆质量而且避免浆液的浪费，采用了多次注浆的方式，控制注浆质量［7-8］。副井430～455m 和455～473 m 破碎带注浆实际注入量分别超出设计注入量194%和293%。
3.2 主井工业性试验
3.2.1 试验过程
在主井600 m 以深的深井地层中，对注浆过程进行实时跟踪，绘制P-t曲线，若注浆P-t曲线符合深井裂隙注浆规律，则保持注浆；
若发现已经注入一定的注浆量，P-t曲线出现异常情况，则立即调整，按照多次复注的思路，进行复注施工。在以上思路的基础上，选取10、12号孔的深部层位，进行工业性试验，具体P-t曲线如图2和图3所示。
由10 号孔668～703 m 首次注浆的P-t曲线图可以看到，在注浆初期出现了平缓升压的趋势，开始注浆200 min后，压力在14～15 MPa 波动，表现出未升压型曲线的趋势，由于曲线类型表现不能达到最佳的注浆效果，注浆102 m3以后停止了第1 次注浆。第2 次注浆的P-t曲线虽然压力波动范围更大一些，但整体仍属于未升压型曲线，注浆90 m3以后停止注浆。第3 次注浆的P-t曲线呈现出波动升压的趋势，并且顺利升至注浆终压，达到了注浆结束的标准。
由12 号孔668～703 m 注浆过程P-t曲线图来看，首次注浆因现场操作失误而提前结束试验，第2次注浆体现出了持续升压的态势，但由于在350 min左右出现了较大幅度的降压现象，所以结束了第2次注浆。第3次注浆则明显地出现了波动升压的趋势，达到了注浆终压。
结合10号孔、12号孔注浆过程来看，在前两次注浆过程中，P-t曲线表现均不理想，因此，结合黏土水泥浆深井裂隙注浆模拟试验中总结出的规律，多次复注往往在节省浆液量的基础上，达到较好的注浆效果，所以选择在100 m3左右的注浆量时停止注浆，在后面的复注中，P-t曲线出现了较好的趋势，达到注浆终压并保持稳定。因此，当注浆过程中，P-t曲线初始表现不佳时，通过多次复注往往能够取得较好的注浆效果。
3.2.2 试验结果分析
通过对主井深部地层注浆后的取心及力学性能测试试验，可以看出在高静水压力和高注浆压力环境下形成的黏土水泥浆试块，其抗压强度要比在试验室中配制的大，可见深部裂隙环境下的黏土水泥浆能达到更好的固结程度和注浆效果。
通过在铁矿主井600 m 以深地层的工业性试验研究中得出的以下几个结论：
（1）平缓升压型、直接升压型和波动升压型P-t曲线是注浆效果较好的曲线形式，平缓型曲线往往不能达到设计注浆终压。
（2）当初次注浆P-t曲线形式不佳时，采用多次复注的形式进行注浆，往往能够在节省浆液的情况下达到较好的注浆效果。
3.3 注浆效果
检验时采用压水试验的方式，在地质报告中经过计算所获取的井筒涌水量为312.92 m3/h，注浆后实测井筒涌水量3.37 m3/h，试验结果能够在一定程度上反映出井筒掘砌至注浆段注浆施工情况，井下查看黏土水泥浆通过破碎带裂隙注浆效果显著。
（1）在进行煤矿井筒建设时，地面预注浆施工工艺应用广泛，本次研究把这种方法应用于某金属矿立井井筒，将金属矿地层与煤矿地层注浆的真实情况展示出来，指出异同之处，为地面预注浆技术应用于金属矿山领域提供了现场实践数据，参考价值较大，能够促进该项技术的优化。
（2）在设计地面预注浆时，要充分考虑金属矿地层的特点，应遵循多布孔、小段高、高压力原理，可以使注浆堵水具有更高的可靠性。
（3）造孔施工工艺复杂，漏浆难以避免，注浆升压缓慢较为常见，加之破碎带属于特殊地层，为了使设计终压的目标能够顺利完成，要重复注浆，钻探是一项难度较大的工作，在进行注浆施工时不论是研究还是控制都要加大力度。
（4）破碎带地层岩石破碎的情况十分严重，节理处于裂隙发育状态，挤压揉皱情况较为严重，在施工时要以破碎带作为重点和难点，采用压水试验对其进行初步检测，对地面进行预注浆，可以降低涌水量的数值，最后实测井筒涌水量3.37 m3/h，符合验收要求。
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