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，具有單價低、注漿效率高的優(yōu)勢，在保證注漿效果的同時能有效控制工程投資費用。以南李莊帷幕注漿中使用的混合漿液注漿施工方案為例，對混合漿液擴散性及結(jié)石強度進行分析，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 擴散性 結(jié)石強度

礦山帷幕注漿工程一般都要求在保證注漿質(zhì)量的同時盡量節(jié)約投資。混合漿液就是以其他材料代替部分水泥，在保證注漿質(zhì)量的同時降低漿液成本、控制漿液的擴散距離。南李莊帷幕注漿工程施工時因地制宜，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行注漿，取得了理想的效果。

1 漿液種類及特點

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，其特點是流動性好、穩(wěn)定性好、結(jié)石強度高，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，重點對混合漿液的指標進行分析，以驗證其合理性。

2 混合漿液注漿擴散范圍

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。為了準確、客觀評價結(jié)果，-200 m以下部位不進入評價。分別從注漿孔疊加效應(yīng)、頻率曲線、幕漿比及漿液擴散半徑、檢查加密孔的施工情況、水泥結(jié)石分布情況幾個方面對混合漿液的擴散性加以評價。

2.1 疊加效應(yīng)

按照三序孔統(tǒng)計，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)。混合漿液的使用并未對漿液的擴散性產(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)計分析，運用頻率曲線評價注漿效果，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)能夠達到設(shè)計堵水標準的漿液或結(jié)石體與注入的全部漿液或漿液結(jié)石體的比值的百分數(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)計參數(shù)控制。

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

根據(jù)計算公式：

(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)計厚度，取10 m；n為設(shè)計含水層溶裂率，取1.5%；N為注漿孔個數(shù)，取9個；L為帷幕線設(shè)計長度，取90 m；R為設(shè)計漿液擴散半徑，取8 m；Vs為實際漿液使用量，取11 996.8 m3。

計算得出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)段擴散范圍的控制基本正確有利。

2.4 漿液擴散半徑

根據(jù)計算公式：

(2)

計算得出R=8.53 m。

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

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)量進行檢查和隱患補強。在K11～K13區(qū)段布置了1個檢查孔和1個加密孔,注漿效果統(tǒng)計見表4。

表4 檢查孔、加密孔注漿效果統(tǒng)計

從表4可以看出，檢查孔和加密孔單位透水率、注漿量遠低于區(qū)段內(nèi)Ⅰ序孔。在2個鉆孔施工的29個注漿段中，透水率最大為1.62 Lu，最小為0.35 Lu，均小于2 Lu的設(shè)計標準，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，結(jié)石情況比較好。

圖4 漿液結(jié)石

3 混合漿液結(jié)石強度

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

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

3.1 漿液性能檢驗監(jiān)測

漿液性能檢驗監(jiān)測的作用是對制漿質(zhì)量進行實時監(jiān)控，以保證漿液的密度、流動性、析水率、初終凝時間各項性能滿足設(shè)計要求。

3.2 漿液試塊強度抽樣檢查

漿液試塊強度抽樣檢查是在注漿時對配置的漿液制成標準試塊送專業(yè)檢測機構(gòu)檢驗。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度檢測統(tǒng)計

從表5可以看出,同種漿液的試塊強度差異比較大，不同漿液試塊強度差異性不明顯，但不管哪種漿液組成，其最小強度值均能滿足設(shè)計要求,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)石強度檢測

由于室內(nèi)養(yǎng)護環(huán)境跟地下環(huán)境的差別，兩者的結(jié)石強度可能存在出入。南李莊帷幕注漿工程在施工期間共進行了20組漿液結(jié)石的巖石力學實驗。結(jié)果顯示，漿液結(jié)石最低強度為10.3 MPa，滿足設(shè)計要求。

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-膨潤土混合漿液進行注漿，取得了很好的效果，既滿足設(shè)計及施工要求，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)計要求反復(fù)試驗，同時考慮現(xiàn)場實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。