CN107386309A - 凹陷矿山大流量高流速管道裂隙型岩溶突涌水封堵方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凹陷矿山大流量高流速岩溶突涌水封堵方法，包括低阻富水区域构筑多道非连续注浆帷幕；设置在岩溶管道涌水口位置的控流止浆垫，止浆垫通过带有阀门的引流管来调控出水口流量；包括多孔分段联合注浆，多孔分段为不同非连续帷幕的连通性强的钻孔，联合注浆为近端孔和远端孔同时注浆。通过构筑多段密实帷幕墙阻断裂隙过水通道，在涌水口设置控流止浆垫降低岩溶管道内水流流速，增大浆液留存量和充填距离，使浆液有效凝结并封堵管道。该“非连续帷幕+止浆垫控流+关键通道探查与注浆”的技术体系最终实现帷幕截流与岩溶管道封堵，彻底封堵岩溶露天凹陷开采矿山涌水，且保证岩溶水不会出现绕流现象，能有效节约成本。

Description

凹陷矿山大流量高流速管道裂隙型岩溶突涌水封堵方法

技术领域

本发明公开了一种适用于岩溶地区凹陷开采矿山大流量突涌水治理的综合技术体系，具体涉及一种露天凹陷开采矿山，具有地下岩溶发育强烈、径流区域广的特点，特别涉及一种能全面阻断径流区域并彻底封堵岩溶涌水的低成本技术。

背景技术

目前凹陷开采矿山治理岩溶水害的方法主要为疏干降压法排水和全帷幕注浆截流，疏干降压排水法高额的排水费用不仅会增大生产企业生产成本，而且持续地抽排水改变了周边流场，导致地面塌陷频发，破坏了矿山周边的地质环境，带来严重的地质环境灾害；全帷幕注浆截流堵水材料消耗量巨大，成本较高。

我国西南尤其是广西地区岩溶发育强烈，出露地表岩溶面积占56％，降雨渗入地下极快，入渗后迅速转换为地下径流。岩溶地区矿山、隧道及深基坑等实施过程中，常常揭露隐伏的岩溶管道、暗河或溶洞，其补给来源广泛、充足，常造成严重的突涌水灾害。而突涌水地质灾害往往造成一系列的诱发后续环境灾害如地表塌陷、农田毁坏、房屋破坏、水资源枯竭等，而注浆手段是治理突涌水和保护地质环境的重要手段。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种“非连续帷幕+止浆垫控流+关键通道探查与注浆”的技术方法，本技术方法通过设置“非连续帷幕”封堵网状裂隙水，勘察和缩小关键岩溶过水通道范围；精确探查并确定岩溶关键通道位置后，在涌水口设置“止浆垫”和阀门，对高流速、大流量涌水关键通道进行控流降速；通过实施“多孔分段联合注浆”，增大注浆流量提高浆液在动水管道中的留存率以实现封堵。

本发明采用的技术方案如下：

适用于凹陷开采矿山大流量高流速岩溶突涌水封堵方法，包括以下步骤：

步骤1在岩溶富水区域设置多道注浆帷幕墙，所述的富水区域为地球物理探测中的低阻区域，所述的多道注浆帷幕墙中间是在不同区域非连续的帷幕，通过构筑帷幕墙浆液充填岩体裂隙阻断了裂隙通道水，形成密实不透水帷幕；

步骤2用物探及钻探相结合的方法探明关键岩溶过水通道，所述的关键岩溶过水通道为多支管道汇流后的主干岩溶管道；

步骤3涌水口上方预先设置钢筋混凝土止浆垫以对岩溶管道内流水进行控流降速，止浆垫完全覆盖涌水口来承受涌水压力；

步骤4在止浆垫控流并降低岩溶管道内流速的条件下，通过多孔分段联合注浆，最终在岩溶管道内浆液留存并持续充填封堵岩溶管道，封堵岩溶管道后，持续注水泥单液，保证裂隙充填，巩固效果。

进一步的，所述的非连续帷幕共多条，所述的非连续帷幕墙是分别构筑于不同的富水区域的。

进一步的，所述的关键岩溶过水通道的探查为物探、钻探结合的综合勘察技术，所述的物探手段包括瞬变电磁、高密度电法，所述的钻探为根据物探圈定的富水区域打钻并勘察钻孔水文地质情况。

进一步的，所述的止浆垫为涌水口控流装置，包括一个设置在岩溶管道涌水口位置的止浆垫，所述的止浆垫内设置有多个引流管，所述的引流管的一端与涌水通道连通，另一端延伸到止浆垫外，且在该端设有一个阀门；使全部岩溶管道来水经引流管排出。

进一步的，所述的多孔分段联合注浆为一种新型注浆工艺，包括非连续帷幕内的多个钻孔，所述的钻孔为关键钻孔，所述的关键钻孔为连通速率最快的钻孔，所述钻孔与涌水处距离相对较近为近端孔，另一个为远端孔，所述的分段联合注浆即近端孔和远端孔同时注浆。

进一步的，近端孔添加骨料后注速凝双液浆设置屏障截流，远端孔持续注水泥单液浆长效留存。

进一步的，所述的止浆垫为钢筋混凝土止浆垫。

进一步的，所述的动态监测引流管口流速，采用的是便携式流速仪定时监测并记录。

本发明的有益效果如下：

针对岩溶地区凹陷式矿山开采水文地质条件复杂、岩溶管道流速高等复杂地质条件，传统的全帷幕注浆技术难以彻底封堵管道裂隙型岩溶涌水，且材料消耗巨大，成本较高。通过本发明的综合技术体系，在矿坑富水区域构筑多条非连续帷幕墙，充填浅部裂隙，封堵散水，缩小关键通道范围；对大的集中涌水点，通过在涌水口处设置止浆垫和阀门控制涌水流量，降低关键通道内水流流速；控流后实施多孔分段联合注浆，减少动水流量并增大进浆量，提高浆液留存率，对大流量高流速岩溶进行有效封堵。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1传统帷幕截流示意图；

图2技术方法平面示意图；

图中：1关键通道、2多道非连续帷幕、3关键钻孔、5补给水源、6控流止浆垫。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

术语解释部分：本发明中所述的关键通道1是通过物探、钻探等勘察手段圈定的拥有集中补给的岩溶主管道；

本发明中所述的非连续帷幕2为针对物探低阻区域设置的，为不连续的、针对性强的多道注浆帷幕墙；所述的传统全帷幕技术4为全部连续帷幕截流；

本发明中所述的多孔分段联合注浆是优选连通性较强的关键钻孔3。

本发明中的控流止浆垫6为钢筋混凝土止浆垫，所述的止浆垫通过多个引流管将水引出，所述的引流管为带阀门的引流管，通过调节阀门进行控流。

正如背景技术所介绍的，目前矿山治理岩溶水害的方法主要为浅部疏干排水和注浆截流堵水，浅部疏干排水见效快，但防治水、排水费用高昂且严重破环了矿区地质环境，导致地面塌陷频发；注浆截流堵水理论技术要求高，但能减少地表岩溶塌陷，保护生态环境，且能降低排水费用。采用注浆截流堵水理论时，通过全帷幕截流的方法易造成封堵岩溶水的绕流现象，所以必须封堵岩溶管道；面对大流量、高流速的岩溶管道，注浆材料随涌水排出难以在岩溶管道中存留。

为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种适用于大流量高流速岩溶管道注浆封堵的技术体系。本发明通过“打钻注浆构筑非连续帷幕、浇筑混凝土构筑控流止浆垫及多孔分段联合注浆”三步走的技术方法，能有效阻断岩溶水并封堵大流量高流速涌水点。该方案为：①针对凹陷采坑的物探及地质分析，确定多道非连续帷幕的布置位置。通过钻探至目标层位，进行压水、抽水试验后做水文示踪试验。判断钻孔连通性后注浆，如若连通性良好则持续交替注入水泥单液和速凝材料直至注浆压力达到设计终压，如连通性较差则注水泥浆数小时后封孔，注入的浆液扩散并充填岩体裂隙与岩体共同形成密实帷幕墙。②在高速、大流量涌水口上方预先设置大体积钢筋混凝土止浆垫，止浆垫完全覆盖涌水口来承受涌水压力。止浆垫内置引流管，引流管一端与涌水管道连接，另一端伸出止浆垫外并设置阀门。使全部涌水管道来水经引流管排出，就实现了调节阀门以控制出水口出水量及动水涌水管道内流速的目的。③注浆时逐步关闭阀门以控制出水总量，近端孔采用添加骨料的方法：先添加黄豆海带等膨胀性轻骨料，后加入级配砂石。联合注浆实施过程中，近、远端孔注单液或双液速凝封堵材料。止浆垫动态监测引流管口流速，动态调节阀门，调整浆液配比。

如图1本发明首先是在岩溶低阻富水区域设置多道注浆帷幕墙2，其中间是在不同区域非连续的，帷幕墙可以是两条或者更多条，通过构筑帷幕墙浆液充填岩体裂隙阻断了裂隙通道水，形成密实不透水帷幕；

其次是用物探及钻探相结合的手段探明关键岩溶过水通道；

再次是高速、大流量涌水口上方预先设置大体积钢筋混凝土止浆垫5以对岩溶管道内流水进行控流降速，止浆垫完全覆盖涌水口来承受涌水压力。止浆垫内置引流管，引流管一端与岩溶关键通道1连接，另一端伸出止浆垫外并设置闸阀使全部岩溶管道来水经引流管排出；

最后在止浆垫5控流并降低岩溶管道内流速的条件下，通过多孔分段联合注浆，其注浆工艺为近端孔添加骨料后注速凝双液浆设置屏障截流，远端孔持续注水泥单液浆长效留存，最终在岩溶管道4内浆液留存并持续充填封堵岩溶管道，封堵岩溶管道后，持续注水泥单液，保证裂隙充填，巩固效果。

进一步的，联合注浆时浆液配比是根据现场监测涌水口流量流速动态调整的，双液注浆工艺为小管定位注浆工艺。

进一步的，所述的非连续帷幕共多条，所述的非连续帷幕墙是分别构筑于不同的富水区域的。

进一步的，所述的关键岩溶过水通道的探查为物探、钻探结合的综合勘察技术，所述的物探手段包括瞬变电磁、高密度电法，所述的钻探为根据物探圈定的富水区域打钻并勘察钻孔水文地质情况。

进一步的，所述的止浆垫为涌水口控流装置，包括一个设置在岩溶管道涌水口位置的止浆垫，所述的止浆垫内设置有多个引流管，所述的引流管的一端与涌水通道连通，另一端延伸到止浆垫外，且在该端设有一个阀门；使全部岩溶管道来水经引流管排出。

进一步的，所述的多孔分段联合注浆为一种新型注浆工艺，包括非连续帷幕内的多个钻孔，所述的钻孔为关键钻孔，所述关键钻孔与涌水处距离相对较近为近端孔，另一个为远端孔，所述的分段联合注浆即近端孔和远端孔同时注浆。

进一步的，近端孔添加骨料后注速凝双液浆设置屏障截流，远端孔持续注水泥单液浆长效留存。

进一步的，所述的止浆垫为钢筋混凝土止浆垫。

进一步的，所述的动态监测引流管口流速，采用的是便携式流速仪定时监测并记录。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.凹陷矿山大流量高流速管道裂隙型岩溶突涌水封堵方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1在岩溶低阻富水区域设置多道注浆帷幕墙，其中间是在不同区域非连续的帷幕，通过构筑帷幕墙浆液充填岩体裂隙阻断了裂隙通道水，形成密实不透水帷幕；

步骤2用物探及钻探相结合的方法探明关键岩溶过水通道；

步骤3高速、大流量涌水口上方预先设置止浆垫以对岩溶管道内流水进行控流降速，止浆垫完全覆盖涌水口来承受涌水压力；

步骤4在止浆垫控流并降低岩溶管道内流速的条件下，通过多孔分段联合注浆，最终在岩溶管道内浆液留存并持续充填封堵岩溶管道，封堵岩溶管道后，持续注水泥单液，保证裂隙充填，巩固效果。

2.如权利要求1所述的凹陷矿山大流量高流速管道裂隙型岩溶突涌水封堵方法，其特征在于，所述的非连续帷幕共多条，所述的非连续帷幕墙是分别构筑于不同的富水区域的。

3.如权利要求1所述的凹陷矿山大流量高流速管道裂隙型岩溶突涌水封堵方法，其特征在于，所述的关键岩溶过水通道的探查为物探、钻探结合的综合勘察技术，所述的物探手段包括瞬变电磁、高密度电法，所述的钻探为根据物探圈定的富水区域打钻并勘察钻孔水文地质情况。

4.如权利要求1所述的凹陷矿山大流量高流速管道裂隙型岩溶突涌水封堵方法，其特征在于，所述的止浆垫为涌水口控流装置，包括一个设置在岩溶管道涌水口位置的止浆垫，所述的止浆垫内设置有多个引流管，所述的引流管的一端与涌水通道连通，另一端延伸到止浆垫外，且在该端设有一个阀门；使全部岩溶管道来水经引流管排出。

5.如权利要求1所述的凹陷矿山大流量高流速管道裂隙型岩溶突涌水封堵方法，其特征在于，所述的多孔分段联合注浆为一种新型注浆工艺，包括非连续帷幕内的多个钻孔，所述的钻孔为关键钻孔，所述钻孔靠近涌水处为近端孔，另一个为远端孔，所述的分段联合注浆即近端孔和远端孔同时注浆。

6.如权利要求5所述的凹陷矿山大流量高流速岩溶突涌水封堵方法，其特征在于，近端孔添加骨料后注速凝双液浆设置屏障截流，远端孔持续注水泥单液浆长效留存。