谦比希北风井井筒工作面注浆情况统计与分析韩志强

谦比希北风井井筒工作面注浆情况统计与分析韩志强

韩志强

金诚信矿业管理股份有限公司（赞比亚分公司）北京101500

摘要：谦比希铜矿北风井井筒中心设计坐标：X=16356.162，Y=-11613.922，地表标高+1250.9m，井深957.9m。落底水平标高为+315米（即井深935.9米），井筒净直径φ6.5m，掘凿直径φ7.1m。采用300mm厚的混凝土支护，混凝土强度等级为C25。马头门8米，其中砼支护为5米。本文主要介绍了谦比希北风井井筒工作面注浆情况的统计与分析。

关键词：谦比希北风井井筒；工作面；注浆；统计与分析

1.井筒地质及水文地质

1.1地层

地层自下而上有：基底及加丹加（Katanga）系地层。基底为卢福布（Lufubu）系片岩、石英岩、片麻岩、变质花岗岩和穆瓦（Muva）系石英云母片岩。加丹加（Katanga）系地层包括：下罗恩（LowerRoan）组砾岩与泥质板岩和上罗恩（UpperRoan）组泥质岩与白云岩、穆瓦夏（Mwahsia）组黑色页岩与泥质板岩、孔德龙古（Kundelungu）组沉积变质岩以及辉长岩岩床。矿床赋存在下罗恩组之中，下罗恩组不整合地上伏于基底之上。

工程地质岩组的分布、物理力学特征主要受褶皱构造和岩性控制。上罗恩组含硬石膏砂碎屑岩顶板以上受构造影响工程地质岩组以较坚硬至松散岩组为主，下部基本为坚硬岩组，局部夹薄层含滑石白云岩为较坚硬岩组。

1.2水文地质

本井筒共划分为四个含水层：第一含水层主要为第四系风化带裂隙潜水，井深２５米以上，水量与地表降水有关；第二含水层主要为穆瓦夏组薄层白云岩溶蚀孔洞、溶蚀裂隙承压水，该层为二个含水层组，２－１含水层为井深１５６米－１５８米，层厚３米，２－２含水层为井深１６８－１７１米，层厚３米，涌水量６００m3/h左右；第三含水层主要为上罗恩组具构造角砾泥质白云岩溶隙裂隙承压水，分为三层，其中３－１含水层为井深３５７－３６０米，涌水量为１０m3/h，３－２含水层为井深４４３－４４９米，涌水量为１０.4m3/h，３－３含水层为井深４８５－５５１米涌水量为５m3/h，；第四含水层主要为下罗恩组上部石英岩、上层石英岩及基底古风化壳裂隙承压水，井深为８４４－８４７米，涌水量为４.２５m3/h。

2.北风井工作面预注浆情况统计与分析

2.1含水层描述

粘土、亚粘土，灰褐色，遇水成泥状，手拈具粘滞感，易塌陷，含水，具透水性，含长石角砾，粒径0.5～3cm.

施工方案

1）在工作面施工400mm厚混凝土止浆垫；

2）在井筒周围布置Φ45mm的钻孔，安装Φ38mm的钢管至风化基岩，注浆。

3）注浆压力不能大，以充填为主，注浆浆液和钢管对粘土（泥）形成一个帷幕。

4）短掘短砌（段高不超过1m），快速通过。

5）通过后对井筒壁后注浆充填加固。

2.2含水层描述

掘进至井筒累深47.5m位置时出现较大涌水（地质资料上不显示含水），实测涌水量达到116.9m3／h。岩石构造为黄铁矿化含碳泥质岩、泥岩、白云岩互层：灰黑色，泥质结构，层状构造，以粘土矿物为主，含碳质成分，岩层及岩层面见有星点状黄铁矿晶体，局部夹泥质白云岩条。

施工方案

1）在工作面施工2.4m厚混凝土止浆垫（1m止浆垫，1.4m滤水层经过注浆形成联合止浆垫，止浆垫设2个滤水器）；

2）在井筒周围布置6个Φ57mm的钻孔，注浆。

3）由于水压较小，注浆压力不超过2MPa；根据单孔吸浆量随时调整浆液浓度。

4）经过扫孔注浆后，检查水量较小后，再在中间滤水器上施工一个探水孔，确定无水后开始下掘。

2.3地质报告：

156～158m，柔弱岩组，推断为弱含水层。白云岩，岩心呈柱状，未见裂隙，但松散易碎呈粉末状。吸水后崩解，胶结差。

实际：160.9～161.7m柔弱岩组，含水层。白云岩，纯白色，松散呈粉末状，手拈感觉很细。

施工方案（最难点）

1）在含水层上方15m处开始用伞钻接长钻杆的方法探水。

2）探出涌水后，安装提前加工好的注浆管，直接进行注浆。

3）含水层和未掘进之间的坚硬岩做为预留岩帽利用含水层上部坚硬岩石做为注浆岩帽；

4）在井筒周围布置16个Φ80mm的钻孔，注浆。

5）由于水量大，喷砂多，但浓浆液注浆量很少，因此采用稀浆液，大压力注浆，注浆压力6～7MPa；也根据单孔吸浆量随时调整浆液浓度。

6）由于注浆时间较长，分析原因，两个含水层间距较大，决定先把156～158m段含水层施工完成后，掘至下一个含水层上部再施工下一个含水层。

7）探水本含水层含水量已经较少，下掘。

8）揭露后，本段为白云岩粉末和水泥的胶结体，胶结较差，有少量水涌出。

2.4含水层描述

168～171m为溶蚀白云岩，层间发育少量溶蚀溶隙，偶见淡黄色绣染，有明显的含水迹象，局部裂隙发育，柔弱岩组，松散易碎，呈粉末状，吸水后崩解，胶结差。预计最大涌水量21.4m3／h。在打钻施工中，随钻孔涌水喷出大量白云岩粉末、碎块。

施工方案（最难点）

1）利用含水层上部坚硬岩石做为注浆岩帽；

2）在开始注浆施工，岩帽裂隙较大，漏浆现象严重，施工3.5m厚混凝土止浆垫，一个滤水器，滤水层以能把井底涌水滤出为准。

3）在井筒周围布置19个Φ90mm的钻孔，注浆。

4）由于水量大，喷砂多，但浓浆液注浆量很少，因此采用稀浆液，大压力注浆，注浆压力6～7MPa；也根据单孔吸浆量随时调整浆液浓度。

5）在注浆接近尾声时，由于注浆压力较大，混凝土注浆垫破裂，无法注浆。由于探水单孔涌水量已经较小，再施工混凝土注浆垫再次注浆已经没有必要，因此决定强行通过。

6）下掘过程中，采取短掘短砌、先掘中间再刷帮得方法施工。

7）揭露后，本段为白云岩粉末和水泥的胶结体，局部有空洞，流少量水。最后一个钻孔，在帮部流出涌水约17方。采用集水盒的方法导出。

2.5地质资料：

357～360m为硅化泥质白云岩，岩芯多呈柱状，358m处见15度近1m长裂隙，开度1～2mm，裂隙面见淡黄色锈蚀，岩芯呈块状，为含水裂隙。

揭露后：硅化泥质白云岩，岩石局部破碎，涌水量约5m³/h。

施工方案

1）根据地质资料，该段含水量较小，采取伞钻钻杆接长的方法，长探短掘、边探边掘的施工方法通过该段。2）为了安全起见，探水位置在含水层上18m位置开始。

3）浇筑混凝土时，见帮部有一个集中出水点，用集水盒导出。

2.6地质资料：

445～449m为石灰质白云岩，岩芯呈风化剥蚀状，部分氧化崩解呈松散砂土状，含少量孔隙水。揭露后（443～460m）：

1）上部为碳酸岩，膨胀软化岩，松散，易风化，厚度0.4～2m；

2）中间部位为石灰质白云岩，含少量孔隙水；

3）下部为碳酸岩，膨胀软化岩，松散，易风化。

4）总体岩石倾角55～65度，由西面项东面倾斜（西高东低）。

施工方案

1）利用含水层上部坚硬岩层做为止浆岩帽。

2）用潜孔钻机在井筒中心钻眼，安装孔口管并养护。

3）用潜孔钻机探孔，探深27米，有少量水，强行通过。

4）浇筑混凝土时，见帮部有一个集中出水点，用集水盒导出。

2.7地质资料：

1）467～485m，弱绿泥石化岩，半坚硬岩，含水。

2）485～551m，弱硅化泥质白云岩，断续发育裂隙，溶隙晶洞，为联通差弱含水层，裂隙承压水，揭露后最大涌水量57m³／h。揭露后：

3）467～533m，弱绿泥石化岩和弱硅化泥质白云岩互层（弱硅化泥质白云岩少），半坚硬岩，含少量水。岩石由西向东倾斜，倾角20～40度（不稳定），局部泥化现象严重，易片帮。

4）533～545m，弱硅化泥质白云岩，坚硬岩，在累深543～545m位置见约8m³/h水，水质清、温。

施工

1）利用含水层上部坚硬岩层做为止浆岩帽。

2）用潜孔钻机在井筒中心钻眼，安装孔口管并养护。

3）用潜孔钻机探孔，探深61米，有少量水，强行通过。

4）浇筑混凝土时，见帮部有二个集中出水点，用集水盒导出。

3.北风井井筒壁后注浆情况统计与分析

3.1含水层描述

粘土、亚粘土，灰褐色，遇水成泥状，手拈具粘滞感，易塌陷，含水，具透水性，含长石角砾，粒径0.5～3cm.

施工方案

1）由于本段施工时，井帮涌水量较大，井壁质量欠佳，注浆除为了封堵井壁淋水外，还兼加固井壁作用。

2）本段井筒较浅，水无压力，且为粘土，因此注浆无需压力。

3）在井壁接茬部位上下0.5～1m，每圈均匀布置6个注浆孔，注浆孔深度以穿过井壁为准，先注涌水量小的孔，后注涌水量大孔，直至该段结束。

4）在井壁漏水处直接下管注浆。

5）注浆孔布设可根据井筒实际情况进行施工。

3.2地质报告：

18～21m为粘土，21～25m为风化岩，25～44m为黄铁矿化含碳泥质岩。

施工

1）18～24m注浆方法和11～18m注浆方法一样。

2）21～44m注浆主要是对井壁接茬、集中出水点、井壁蜂窝处渗水点进行处理。

3.3地质报告：

156～158m，柔弱岩组，推断为弱含水层。白云岩，岩心呈柱状，未见裂隙，但松散易碎呈粉末状。吸水后崩解，胶结差。

实际：160.9～161.7m柔弱岩组，含水层。白云岩，纯白色，松散呈粉末状，手拈感觉很细。

施工

注浆主要是对井壁接茬、集中出水点、井壁蜂窝处渗水点和导水管导出的涌水进行处理。

3.4地质报告：

168`171m，溶蚀白云岩，层间发育少量溶蚀溶隙，偶见淡黄色锈染，有明显的含水迹象，局部裂隙发育。为溶隙承压含水层，柔弱岩组，预计最大涌水量21.4m³/h

实际：172～174.9m

溶蚀白云岩，纯白色，碎块状（易风化）、粉末状，层间发育溶蚀溶隙，含水量较大，裂隙发育。为溶隙承压含水层，柔弱岩组，探孔最大涌水量105m³/h

施工

1）这次注浆是先注大水再注小水。先在出水点（胶管导水处）上下施工2～3个注浆孔，把水导出来。

2）采用在吊盘上人工搅拌水泥浆的方法注浆。再吊盘上准备2个水泥浆筒，1个水玻璃筒，一个清水筒。在准备注浆前，电话联系下水泥，根据水量、吸浆量大小，确定要多少水泥。

3）本次注浆，原则上单液浆采用1：1比例的水泥浆（1：1水泥浆调制：在油桶里注入200mm的清水，兑1包水泥），双液浆采用1：1的水泥浆和1：1的水玻璃（1：1水玻璃调制：1桶水玻璃兑相同的1桶清水）。可根据注浆效果，少做调整。如在封堵大的裂缝时调浓水泥浆，如果在注浆过程中双液浆凝固的较快，可以把水玻璃调稀一些。

4）导水管处出水堵住后，从180m处由下往上逐个段高注浆。在井壁每个段高接茬处往下400mm处均匀布置6个孔，都装上闸阀，从一个孔注浆，当别的孔往外冒浆时关闭阀门，直至6个孔全部联通，全部关闭阀门，注浆至设计压力，本次注浆终压设计为4MPa。不能随意乱布置注浆孔

5）注浆管加工长度为1200mm，在注浆管下部割小孔，棉纱缠在注浆管300mm以下部位，使注浆压力受力在岩壁上，井壁不受压力。

4、结束语

谦比希铜矿隶属于中色非洲矿业有限公司（NFCA），由中国有色矿业集团有限公司与赞比亚政府和赞比亚国家联合铜矿公司（ZCCM）共同组建。

为早日、优质、安全、高效地完成北风井井筒工作面注浆工程，公司执行国家有关劳动生产法规和安全技术操作规程，为了满足业主对工期的要求，早日完成工程的施工，采用连续工作。职工休假采用轮休制。为加快本工程施工进度，做到稳产高产和安全生产，采用掘砌混合作业成井方式，将作业项目类别分为：凿岩爆破、出碴平底、立模砌壁、出碴清底四大工作程序，滚班作业制度，绞车司机、井上下信号工、机电维修等辅助系统作业人员则按“三八”制作业。工程技术人员及项目管理人员实行全天值班制度。

北风井井筒工作面注浆施工最难的地方就是156～158米段、168～171米段溶蚀白云岩注浆，但我们群策群力，发扬团队精神，在公司的正确领导下，提前优质、高效、安全的完成了北风井井筒工作面注浆工程。

参考文献

[1]赵兴国；；赞比亚谦比希铜矿床地质特征[J]；地质与勘探；2016年01期

[2]徐宁；试论谦比希铜矿地下主含水层和副含水层的水力联系[J]；矿业快报；2015年09期

[3]王卫生；；谦比希铜矿东南矿体竖井防治水共性与差异性探讨[J]；现代矿业；2015年05期