高濃度、高流動性水泥注漿在阿舍勒銅礦的應(yīng)用研究

鐘志強(qiáng)

（新疆哈巴河縣阿舍勒銅業(yè)股份有限公司 哈巴河 836500）

1 研究目的

阿舍勒銅礦多數(shù)永久巷道存在來壓現(xiàn)象，產(chǎn)生地段多破碎帶、礦區(qū)斷層、礦巖接觸帶等區(qū)域。通過注漿技術(shù)改變圍巖力學(xué)性質(zhì)，使圍巖對于變形的自控性能以及整體性能得以強(qiáng)化。且注漿后可對存在空隙、裂縫進(jìn)行較佳地控制，從而使圍巖的一體性與堅固性得到有效保障，同時也能防止先前存在的縫隙不再擴(kuò)展，提升圍巖強(qiáng)度，保證施工的安全，使礦井作業(yè)效率得以提高。

通過一系列相關(guān)試驗，確定出合適的注漿相關(guān)參數(shù)。井下現(xiàn)場實際注漿實驗選擇在地下應(yīng)力大、巷道服務(wù)時間較長的軟破凝灰?guī)r或斷層破碎帶區(qū)段進(jìn)行，預(yù)期實驗將達(dá)到以下要求：漿料3d抗壓強(qiáng)度大于10MPa、0.5水灰比滲透范圍達(dá)5m、巖性膨脹變形率降低50%、相比傳統(tǒng)支護(hù)方法費(fèi)用降低10%。

1.1 項目總體目標(biāo)與研究內(nèi)容

優(yōu)化注漿參數(shù)，選取更有優(yōu)點的材料，達(dá)到更好的注漿效果，控制圍巖變形破壞。通過對比實驗，得出超細(xì)水泥注漿的合理配比。

1.2 項目研發(fā)總體思路與工藝技術(shù)路線

針對不同的情況采用不同的注漿參數(shù)以及不同的注漿材料。針對圍巖裂隙大于10mm的區(qū)域采用普通水泥注漿，針對裂隙小于10mm的區(qū)域采用超細(xì)水泥注漿。為保證高濃度漿液的流動性，需通過對比試驗，選擇合適的助流劑及其添加配比。

施工步驟：用YT-28鉆機(jī)施工Φ40cm注漿鉆孔，鉆孔盡量垂直巖面，深度2～3m，鉆孔間排距2～2.5m?？變?nèi)安裝長度2～3mΦ18cm螺紋鋼水泥卷錨桿，并將50cmΦ15注漿鋼管放入鉆孔內(nèi)，外露10～15cm，用水泥速凝錨固劑封口。為防止漏漿，采用巷道素噴方式止漏（厚度3～5cm）。注漿前需檢查注漿管是否堵塞，錨桿是否有松動。后期通過錨桿拉拔力檢測、地質(zhì)鉆取芯、地表試塊單軸抗壓試驗等方式論證效果。

2 研究過程

2.1 注漿參數(shù)確定

2.1.1 助流劑選型

超細(xì)水泥由于細(xì)度高和表面積大，保水性很強(qiáng)，把這種漿液灌注地層后將因多于的水分不易排除，導(dǎo)致巖石強(qiáng)度顯著降低，同時高濃度普通水泥漿液因漿液濃度增加而產(chǎn)生的流動性降低的問題，也需要解決。為此公司采購了兩種不同的助流劑，通過實驗對比，選擇合適的助流劑類型和配比。

實驗設(shè)計三組助流劑配比，分別試用于普通水泥和超細(xì)水泥，通過塌落度實驗和單軸抗壓強(qiáng)度測試，選擇確定助流劑類型和添加配比。實驗數(shù)據(jù)如表1。

綜合對比實驗數(shù)據(jù)，助流劑A的性能略好于助流劑B，助流劑的在100：1（水泥：添加劑，重量比）的配比下效果明顯最好。助流劑對的抗壓性能無明顯影響。故確定選用助流劑A作為注漿添加劑，添加配比為100：1。

2.1.2 注漿半徑確定

選擇具有代表性的巷道進(jìn)行注漿，通過鉆取巖芯來確定注漿擴(kuò)散半徑。

通過實驗發(fā)現(xiàn)高濃度普通水泥漿液在裂隙大于10mm的區(qū)域注漿擴(kuò)散半徑在3-4.5m。高濃度超細(xì)水泥漿液在微裂隙區(qū)域擴(kuò)散半徑在1.5-2.5m（根據(jù)裂隙發(fā)育程度和注漿工藝區(qū)別，可能有所浮動）。

由于設(shè)備以及工藝問題，無法對其他參數(shù)（注漿壓力、凝固時間等）進(jìn)行準(zhǔn)確測量分析，故按照工人現(xiàn)場經(jīng)驗數(shù)據(jù)處理。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，綜合考慮將普通水泥的注漿孔排距設(shè)置為2.5m，每排布置2個，超細(xì)水泥的注漿孔排距設(shè)置為2m，同樣每排布置2個。

2.2 現(xiàn)場注漿實驗

2.2.1 實驗注意事項

為保證注漿錨桿的錨固質(zhì)量及圍巖注漿過程中的封孔效果，錨桿必須按照設(shè)計要求進(jìn)行加工和安裝；注漿泵水平放置在巷道底板上，不允許注漿泵在注漿過程中有晃動、傾斜等現(xiàn)象發(fā)生，隨時注意對拉桿及行程閥杠桿等活動部位的潤滑；漿液必須按照設(shè)計配比進(jìn)行調(diào)配，調(diào)漿前篩除水泥中的雜物，并在專門的調(diào)漿容器中進(jìn)行調(diào)漿工作；開泵前先檢查觀察注漿、管路等的變化情況，如有異常，應(yīng)立即停機(jī)檢查，待查明原因、排除故障后，方可繼續(xù)工作。部分實驗數(shù)據(jù)如圖1、2，部分注漿管堵塞，無法進(jìn)行注漿。

2.2.2 數(shù)據(jù)分析

圖1 注漿錨桿安裝效果圖

圖2 整體安裝效果圖

每孔的實際注漿量的大小，在實驗中存在較大差異，與圍巖間的裂隙聯(lián)通有關(guān)，如幾個注漿孔之間裂隙聯(lián)通，從其中一個孔可能會注滿整個聯(lián)通的裂隙，從而其他孔的注漿量降低，而其中個別孔的注漿量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他孔。所以不能以單純的注漿量來衡量注漿效果。同時為保證實驗有效性和準(zhǔn)確性，應(yīng)在一段時間后進(jìn)行錨桿拉拔實驗和圍巖變形監(jiān)測來綜合驗證注漿效果。

2.2.3 存在問題及后期

①水泥漿液在現(xiàn)場調(diào)制，由人工攪拌，消耗時間較長，平均每次拌料耗時20分鐘，每次拌漿僅能注3-5個孔，效率低。②人工拌料，漿液中存在結(jié)塊現(xiàn)象，導(dǎo)致漿液濃度與設(shè)計值存在差異。③漿液沉淀離析較快，需要不停地攪拌。④圍巖來壓變形不是十分明顯的區(qū)域，注漿量十分有限，漿液難以注入。

3 研究結(jié)論

根據(jù)目前實驗進(jìn)展來看，高濃度、高流動性注漿技術(shù)對地壓的控制效果暫時不能有效檢測，但是通過一系列實驗和分析，初步確定了注漿的相關(guān)參數(shù)和技術(shù)要點，通過后期繼續(xù)研究觀測，將確定注漿支護(hù)的有效性以及經(jīng)濟(jì)性。若達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，可以逐步在井下各中段進(jìn)行適用，同時替代目前代價較大的工字鋼和U型鋼支護(hù)工藝，對深部巷道或者圍巖破碎區(qū)域可以考慮采用全斷面注漿支護(hù)加固，以減少后期維護(hù)費(fèi)用和對生產(chǎn)的影響。