湖泥—水泥混合漿液結(jié)石體性能研究

于佳維，楊建安

(1．城門山銅礦，江西九江332114；2．中國瑞林工程技術(shù)有限公司,江西南昌330031)

湖泥—水泥混合漿液結(jié)石體性能研究

于佳維1，楊建安2

(1．城門山銅礦，江西九江332114；2．中國瑞林工程技術(shù)有限公司,江西南昌330031)

城門山銅礦露天采場東部帷幕注漿工程擬使用湖泥作為注漿原材料，通過對其抗?jié)B性及抗壓強(qiáng)度的研究,得出其結(jié)石體滲透系數(shù)在N×10－5～10－6cm/s,無壓條件下抗壓強(qiáng)度值在0．87～1．27 MPa,帶壓條件下抗壓強(qiáng)度值在8．95～11．50 MPa。經(jīng)綜合分析,湖泥—水泥混合漿液結(jié)石體性能可滿足礦山生產(chǎn)要求。

湖泥；漿液結(jié)石體；抗?jié)B性；抗壓強(qiáng)度

城門山銅礦是江西銅業(yè)股份有限公司的生產(chǎn)礦山，礦區(qū)三面環(huán)湖，構(gòu)造、巖溶發(fā)育，屬于以溶洞裂隙水充水為主、頂板直接進(jìn)水、水文地質(zhì)條件復(fù)雜的巖溶充水礦床。針對城門山礦露天采場東部的防治水工程,設(shè)計(jì)單位采取了“以堵為主、以疏為輔”的策略，即對進(jìn)入礦坑的大部分地下水采用帷幕注漿方式進(jìn)行封堵，對帷幕尚未完全攔截的少部分地下水則采用地表疏干或坑內(nèi)排水的方式進(jìn)行疏干。一般大水礦山的帷幕注漿材料多采用純水泥漿或水泥漿中摻有一定比例的粘土、尾砂等的混合漿液，城門山礦湖泥資源豐富，湖底分布有約15 m厚的淤泥層，若用湖泥替代粘土及部分水泥，可節(jié)省大量投資。之前，已對湖泥—水泥混合漿液做過一定研究，發(fā)現(xiàn)其能否作為帷幕注漿的合格材料，關(guān)鍵在于其結(jié)石體的抗?jié)B性能及抗壓強(qiáng)度等能否滿足在高水頭、大流量下的礦山防治水需要。為此，本文針對湖泥—水泥混合漿液不同配比下的漿液結(jié)石體性能進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究，供大家斟酌。

1　漿液材料配合比及試驗(yàn)方法

1.1漿液材料配合比

試驗(yàn)采用的主要漿材為城門山銅礦湖區(qū)的湖泥，通過測定，湖泥含沙量〈5%，塑性指數(shù)〉17。水泥為42．5號普通硅酸鹽水泥。速凝劑為水玻璃，其波美度38．45Be’，模數(shù)2．4～3．0。水源為礦區(qū)賽湖湖水，pH值8．1。

上述材料進(jìn)行混合的原則為：水泥50～300 kg/m3，水玻璃為水泥重量的2．5%～10%，其余為湖泥凈原漿，湖泥凈原漿的比重為1．05～1．5 g/cm3[1－3]。本次試驗(yàn)主要針對以下3種配比(見表1)進(jìn)行抗?jié)B性及抗壓強(qiáng)度值研究。

表1　試驗(yàn)所用混合漿液配比

1.2試驗(yàn)方法

本次混合漿液結(jié)石體性能的評價，主要通過分析研究漿液結(jié)石體的抗?jié)B性及抗壓強(qiáng)度來進(jìn)行[4－5]。

1)漿液結(jié)石體的抗?jié)B性研究。漿液結(jié)石體的抗?jié)B性研究主要采用變水頭滲透儀（見圖1）測定不同結(jié)石體的滲透系數(shù)。

圖1　變水頭滲透儀

2)漿液結(jié)石體的抗壓強(qiáng)度研究。通過試驗(yàn)室制備混合漿液結(jié)石體試塊,養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試。經(jīng)鉆孔取樣,采出混合漿液結(jié)石體巖芯，對其進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試?？箟簭?qiáng)度測試所用儀器見圖2。

圖2　抗壓強(qiáng)度測試儀

3　混合漿液結(jié)石體抗?jié)B性研究

按照上述配比進(jìn)行漿液結(jié)石體的試件制作，先將混合漿液倒入較大的試模內(nèi)，然后利用滲透儀的環(huán)刀切成試驗(yàn)儀器用的試模，再進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，分別測試其7、14、28 d齡期漿液結(jié)石體的相關(guān)參數(shù)，詳見表2。

表2　測試試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表2可以看出,漿液結(jié)石體的滲透系數(shù)為N× 10－5～10－6cm/s，屬微透水與不透水。本次設(shè)計(jì)帷幕注漿的防滲標(biāo)準(zhǔn)為〈3 Lu,依據(jù)SL31－2003《水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》中相關(guān)公式近似換算[6],1Lu相當(dāng)?shù)臐B透系數(shù)約為10－5cm/s。由此可見,混合漿液結(jié)石體試塊的抗?jié)B性可滿足設(shè)計(jì)要求。且7、14、28 d的滲透系數(shù)值相差不大,說明其結(jié)石體的穩(wěn)定性較好,其抗?jié)B性能在較短的時間內(nèi)就能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4　混合漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度研究

混合漿液各種配比的試塊（見圖3）制作成型后，經(jīng)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)28 d后，在無壓條件下測其28 d抗壓強(qiáng)度,各強(qiáng)度值見表3。

圖3　試塊及養(yǎng)護(hù)儀器

表3　無壓條件下抗壓強(qiáng)度值　MPa

試驗(yàn)中，各試塊在較小壓力下均易破碎，試驗(yàn)結(jié)果不理想。究其原因，主要是由于上述各試塊均在常壓下制備的，試塊致密性差，導(dǎo)致其抗壓強(qiáng)度值偏??；而施工過程中的實(shí)際情況則是不同的，混合漿液通過高壓泵輸送至鉆孔內(nèi)，經(jīng)過了高壓密實(shí)、失水沉淀、固結(jié)成型等過程，其結(jié)石體的形成環(huán)境不同于常壓環(huán)境。因此，鉆孔中取出的混合漿液結(jié)石體巖芯（見圖4）更符合實(shí)際情況。經(jīng)測定，其28 d抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果見表4，平均抗壓強(qiáng)度值較無壓下提高了9～10倍。

圖4　加壓后結(jié)石體

表4　抗壓強(qiáng)度結(jié)果統(tǒng)計(jì)表　MPa

據(jù)《地層注漿堵水與加固施工技術(shù)》中描述，“在20 m水頭的壓力下維持漿液結(jié)石體穩(wěn)定所需的抗壓強(qiáng)度僅為0.005～0.01 MPa”。若需滿足200 m水頭的壓力，湖泥—水泥混合漿液結(jié)石體28 d的抗壓強(qiáng)度只需達(dá)到0.5～1.0 MPa即可[7-8]。因此，上述配合比的湖泥—水泥混合漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度（28 d）是能夠滿足城門山礦帷幕注漿防滲要求的。

5　結(jié)論

通過對湖泥—水泥混合漿液結(jié)石體性能研究，可得出以下結(jié)論：1）試驗(yàn)配比條件下，湖泥—水泥混合漿液結(jié)石體滲透系數(shù)為N×10-5～10-6cm/s，屬微透水與不透水，其抗?jié)B性可滿足礦山防治水要求。2）試驗(yàn)配比條件下，無壓和帶壓環(huán)境下的湖泥—水泥混合漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度值分別在0.87～1.27 MPa和8.95～11.50 MPa之間，其抗壓性可滿足礦山防治水要求。3）湖泥作為主要注漿材料，其與水泥的混合漿液能夠滿足城門山礦帷幕注漿的防滲要求。

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Performance Study on Lake Mud-Cement Mixed Grout Consolidating Body

YU Jiawei1,YANG Jianan2
（1．Chengmenshan Copper Mine,Jiajiang,jiangxi 332114,China;2．China Nerin Engineering Co．,Nanchang,Jiangxi 330031,China）

Lake mud is planned to be used as grouting raw material for curtain grouting engineering in the east of Chengmenshan copper mine open pit,according to research on its impermeability and compressive strength,the results show that permeability coefficient is N×10－5～10－6cm/s,compressive strength is 0．87～1．27 MPa under the no－pressure condition and compressive strength is 8．95～11．50 MPa under the pressure condition．After comprehensive analysis,the performance of Lake mud－cement mixed grout consolidating body can meet the requirement of mine production．

lake mud;grout consolidating body;impermeability;compressive strength

TD745

A

1004－4345(2015)04－0011－03

2015－03－20

于佳維（1986—），男，主要從事礦山水文地質(zhì)工作。