馮建亮

(華北有色工程勘察院有限公司)

混合漿液在礦區(qū)帷幕注漿工程中的效果分析

馮建亮

(華北有色工程勘察院有限公司)

混合漿液相比水泥單液漿，具有單價(jià)低、注漿效率高的優(yōu)勢，在保證注漿效果的同時(shí)能有效控制工程投資費(fèi)用。以南李莊帷幕注漿中使用的混合漿液注漿施工方案為例，對混合漿液擴(kuò)散性及結(jié)石強(qiáng)度進(jìn)行分析，取得了很好的注漿效果，表明混合漿液在以裂隙為主的礦區(qū)帷幕注漿工程中是合理可行的。

帷幕注漿 混合漿液 擴(kuò)散性 結(jié)石強(qiáng)度

礦山帷幕注漿工程一般都要求在保證注漿質(zhì)量的同時(shí)盡量節(jié)約投資?；旌蠞{液就是以其他材料代替部分水泥，在保證注漿質(zhì)量的同時(shí)降低漿液成本、控制漿液的擴(kuò)散距離。南李莊帷幕注漿工程施工時(shí)因地制宜，采取了以水泥-尾礦砂-膨潤土的混合漿液注漿方案對漏失量大的地層進(jìn)行注漿，取得了理想的效果。

1 漿液種類及特點(diǎn)

南李莊帷幕注漿工程中用的漿液種類有水泥單液漿、水泥-尾礦砂-膨潤土混合漿液。

水泥單漿液是指以水泥為主料、用水調(diào)制成的漿液，是礦山帷幕注漿工程中最常用的。水泥常采用32.5#和42.5#普通硅酸鹽水泥，其特點(diǎn)是流動性好、穩(wěn)定性好、結(jié)石強(qiáng)度高，但成本較高。南李莊帷幕注漿工程采用的單液水泥漿水灰比有3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1，以滿足各種裂隙寬度的擴(kuò)散需求。

水泥-尾礦砂-膨潤土混合漿液是指水泥、尾礦砂、膨潤土按照一定的配比加水拌和而成的一種漿液。相對水泥單漿液來說，漿液顆粒較大，其流動性、穩(wěn)定性也稍差，但結(jié)石強(qiáng)度很好，且漿液成本較低。一般在漏失量大的溶洞、大裂隙中采用比較多，可以有效控制漿液的擴(kuò)散范圍。為保證漿液的流動性、穩(wěn)定性，南李莊鐵礦帷幕注漿工程混合漿液水固比為1∶1、0.8∶1，其中固體材料水泥、尾礦砂、膨潤土配比為6∶3∶1。

通過2種漿液的比較，重點(diǎn)對混合漿液的指標(biāo)進(jìn)行分析，以驗(yàn)證其合理性。

2 混合漿液注漿擴(kuò)散范圍

南李莊鐵礦帷幕注漿工程區(qū)域內(nèi)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，裂隙發(fā)育極不均一，單位注漿量差異性大。K11～K19區(qū)段漏失量大，混合漿液使用比較多，混合漿液使用情況見圖1。

圖1 K11～K19區(qū)段注漿效果垂向圖

由圖1可知，該區(qū)段-200 m(圖中虛線部位)以上裂隙發(fā)育，注漿量大，-200 m以下單位注漿量極小(僅0.27 m3/m)，且沒有使用過混合漿液。為了準(zhǔn)確、客觀評價(jià)結(jié)果，-200 m以下部位不進(jìn)入評價(jià)。分別從注漿孔疊加效應(yīng)、頻率曲線、幕漿比及漿液擴(kuò)散半徑、檢查加密孔的施工情況、水泥結(jié)石分布情況幾個(gè)方面對混合漿液的擴(kuò)散性加以評價(jià)。

2.1 疊加效應(yīng)

按照三序孔統(tǒng)計(jì)，本區(qū)段的各序孔單位注漿量與單位透水率疊加效應(yīng)見表1。

表1 區(qū)段內(nèi)各序孔單位注漿量與單位透水率疊加效應(yīng)

由表1可看出,本區(qū)段(-200 m以上部位)注漿段Ⅰ序孔單位透水率為67.61 Lu，單位注漿量達(dá)到9.08 m3/m，表明該區(qū)域巖溶、裂隙極為發(fā)育，連通性好。Ⅲ序孔單位透水率只有Ⅰ序孔的4%，單位注漿量只有Ⅰ序孔的22%。各序孔間單位注漿量、透水率逐序遞減趨勢明顯，說明Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔具有很好的疊加效應(yīng)?；旌蠞{液的使用并未對漿液的擴(kuò)散性產(chǎn)生不良影響，取得了很好的注漿效果。

2.2 頻率曲線

根據(jù)K11～K19區(qū)段內(nèi)注漿段資料的統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用頻率曲線評價(jià)注漿效果，單位透水率頻率曲線見圖2和表2,單位注漿頻率曲線分析量見圖3和表3。

圖2 單位透水率頻率曲線

表2 區(qū)段單位透水率區(qū)間分布

由圖2、圖3可以看出，不管是單位透水率還是單位注漿量，代表孔序的曲線中Ⅲ序孔在上面，Ⅱ序孔居中，Ⅰ序孔在下方，表明區(qū)段帷幕整體質(zhì)量受前序孔對后序孔的影響明顯，注漿效果好。

圖3 單位注漿量頻率曲線

表3 單位注漿量區(qū)間分布

2.3 幕漿比

幕漿比是指注漿工程注入帷幕體內(nèi)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)堵水標(biāo)準(zhǔn)的漿液或結(jié)石體與注入的全部漿液或漿液結(jié)石體的比值的百分?jǐn)?shù)。

幕漿比值除了與選擇的帷幕線的水文地質(zhì)條件具有一定的關(guān)系以外，還受合理的施工工藝和設(shè)計(jì)參數(shù)控制。

通過幕漿比的計(jì)算分析來驗(yàn)證混合漿液的使用過程中施工工藝是否合理，原設(shè)計(jì)參數(shù)是否符合混合漿液的特點(diǎn)及漿液利用率高低。

根據(jù)計(jì)算公式：

(1)

式中,h為注漿段單孔平均長度，為323.58 m；H為帷幕體設(shè)計(jì)厚度，取10 m；n為設(shè)計(jì)含水層溶裂率，取1.5%；N為注漿孔個(gè)數(shù)，取9個(gè)；L為帷幕線設(shè)計(jì)長度，取90 m；R為設(shè)計(jì)漿液擴(kuò)散半徑，取8 m；Vs為實(shí)際漿液使用量，取11 996.8 m3。

計(jì)算得出μ=55%,即表示55%的混合漿液充填在幕體之中，在溶隙地層中該值比較合理。說明在使用混合漿液的情況下，原設(shè)計(jì)參數(shù)基本合適，施工工藝比較合理，混合漿液對該區(qū)段擴(kuò)散范圍的控制基本正確有利。

2.4 漿液擴(kuò)散半徑

根據(jù)計(jì)算公式：

(2)

計(jì)算得出R=8.53 m。

通過實(shí)際注漿情況反算的擴(kuò)散半徑與設(shè)計(jì)值8 m比較接近，也說明混合漿液的擴(kuò)散性得到了有效控制，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.5 檢查孔和加密孔施工

檢查孔、加密孔是對帷幕注漿施工質(zhì)量進(jìn)行檢查和隱患補(bǔ)強(qiáng)。在K11～K13區(qū)段布置了1個(gè)檢查孔和1個(gè)加密孔,注漿效果統(tǒng)計(jì)見表4。

表4 檢查孔、加密孔注漿效果統(tǒng)計(jì)

從表4可以看出，檢查孔和加密孔單位透水率、注漿量遠(yuǎn)低于區(qū)段內(nèi)Ⅰ序孔。在2個(gè)鉆孔施工的29個(gè)注漿段中，透水率最大為1.62 Lu，最小為0.35 Lu，均小于2 Lu的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，表明該區(qū)段在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔注漿后，裂隙得到了封堵，注漿質(zhì)量比較好。

2.6 漿液結(jié)石分布

通過圖1可以看出，本區(qū)段見結(jié)石率比較高，除Ⅰ序孔K13外，其余各孔均多次發(fā)現(xiàn)漿液結(jié)石，而且漿液結(jié)石均分布在-200 m以上區(qū)域，表明該區(qū)段裂隙發(fā)育，漿液擴(kuò)散性好。圖4為鉆孔漿液結(jié)石照片，可以看出，溶隙中結(jié)石充填密實(shí)，結(jié)石情況比較好。

圖4 漿液結(jié)石

3 混合漿液結(jié)石強(qiáng)度

在礦山帷幕注漿工程中，漿液結(jié)石體強(qiáng)度是反映漿液和注漿帷幕體質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。但漿液結(jié)石體強(qiáng)度與很多因素有關(guān)，如水泥標(biāo)號、漿液濃度、攪拌時(shí)間等。施工期間需要加強(qiáng)制漿質(zhì)量的監(jiān)控，保證漿液結(jié)石的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

南李莊鐵礦帷幕注漿工程采取漿液性能檢驗(yàn)監(jiān)測結(jié)果記錄、漿液試塊強(qiáng)度抽樣檢查、漿液結(jié)石的強(qiáng)度檢測等措施，以確保制漿質(zhì)量達(dá)標(biāo)，漿液結(jié)石強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求(設(shè)計(jì)值為不小于5 MPa)。

3.1 漿液性能檢驗(yàn)監(jiān)測

漿液性能檢驗(yàn)監(jiān)測的作用是對制漿質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證漿液的密度、流動性、析水率、初終凝時(shí)間各項(xiàng)性能滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 漿液試塊強(qiáng)度抽樣檢查

漿液試塊強(qiáng)度抽樣檢查是在注漿時(shí)對配置的漿液制成標(biāo)準(zhǔn)試塊送專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)。南李莊試塊檢測結(jié)果見表5。

表5 南李莊漿液試塊抗壓強(qiáng)度檢測統(tǒng)計(jì)

從表5可以看出,同種漿液的試塊強(qiáng)度差異比較大，不同漿液試塊強(qiáng)度差異性不明顯，但不管哪種漿液組成，其最小強(qiáng)度值均能滿足設(shè)計(jì)要求,表明南李莊鐵礦帷幕注漿工程中采用的混合漿液配比比較合理。

3.3 漿液結(jié)石強(qiáng)度檢測

由于室內(nèi)養(yǎng)護(hù)環(huán)境跟地下環(huán)境的差別，兩者的結(jié)石強(qiáng)度可能存在出入。南李莊帷幕注漿工程在施工期間共進(jìn)行了20組漿液結(jié)石的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，漿液結(jié)石最低強(qiáng)度為10.3 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié) 論

通過在以裂隙為主的礦區(qū)帷幕工程，采用水泥-尾礦砂-膨潤土混合漿液進(jìn)行注漿，取得了很好的效果，既滿足設(shè)計(jì)及施工要求，又節(jié)約了注漿成本，具有一定的合理性，但是漿液的性能受材料的種類、數(shù)量影響很大，在不同的工程中需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求反復(fù)試驗(yàn)，同時(shí)考慮現(xiàn)場實(shí)際條件和自身的施工管理水平，綜合選取最優(yōu)方案。

2014-12-02)

馮建亮(1984—)，男，助理工程師，050021 河北省石家莊市裕華區(qū)匯通路39號。