云南毛坪鉛鋅礦南部帷幕水文地質(zhì)特征及黏土水泥漿注漿適用性分析

胡其全

(彝良馳宏礦業(yè)有限公司，云南 昭通 657000)

1 地質(zhì)概況

礦區(qū)東西向帷幕段橫切石門坎背斜東翼，但位置靠下，處于背斜下部泥盆系(D)地層中。東翼地層總體產(chǎn)狀自西向東逐漸緩傾，受SE～NW向應(yīng)力擠壓，呈波狀起伏[1]。石門坎背斜核部位于DK04與SK04鉆孔之間，核部東側(cè)地層產(chǎn)狀變得平緩，向東傾斜，傾向70°～90°、傾角20°～25°。在帷幕巷道東頭向東鉆進(jìn)200 m，終孔后仍未見(jiàn)到石炭系地層，可見(jiàn)，背斜東翼地層產(chǎn)狀極為平緩(圖1)。

1.1 斷裂構(gòu)造

東西向帷幕段內(nèi)主要斷層為F35。F35斷層位于礦區(qū)東部，錯(cuò)斷一系列近東西向斷裂，走向SN，傾向西，傾角87°，為最新一期構(gòu)造，表現(xiàn)為受地震影響產(chǎn)生一條近SN向的地裂縫。前期帷幕試驗(yàn)中，SK-5、SK-4號(hào)鉆孔分別在581、505 m標(biāo)高處揭露破碎帶，推測(cè)為F35斷層，破碎帶壓水試驗(yàn)透水率分別為5.21Lu、3.14Lu。除此之外，試驗(yàn)段內(nèi)勘探鉆孔DK05在404.83～437.20 m、571.23～654.88 m處揭露了構(gòu)造破碎帶，破碎帶厚度較大，壓水試驗(yàn)透水率多在5～7Lu。

1.2 裂隙發(fā)育特征

(1)水平向特征，以試驗(yàn)段內(nèi)DK05鉆孔裂隙發(fā)育方向極不規(guī)則，各個(gè)方向發(fā)育程度不等。地層受核部擠揉碎，地層破碎，順層和斜交小裂隙均十分發(fā)育，軸夾角多在30°～45°，延展通常在10～20 cm，裂隙面多為泥質(zhì)、鈣質(zhì)或氧化薄膜充填，透水性極不均一，壓水試驗(yàn)透水率最大達(dá)7.51Lu，局部小于0.5Lu。

(2)垂向特征，試驗(yàn)段內(nèi)裂隙發(fā)育主要以順層裂隙為主，在垂向變化趨勢(shì)不明顯。

圖1 南部帷幕軸線水文地質(zhì)勘察成果剖面圖

2 水文地質(zhì)特征

東西向帷幕線深部炭質(zhì)白云巖完整性好，厚度穩(wěn)定，隔水性好，其與石門坎背斜核部的弱透水層共同形成一個(gè)阻水帶，將含水層分為上下兩層[2]。

2.1 阻水帶

在DK05鉆孔及以東段，構(gòu)成承壓含水層頂板的炭質(zhì)白云巖連續(xù)性好，厚度穩(wěn)定；DK05鉆孔以西段，位于背斜核部，由于石門坎背斜核部地層透水性呈現(xiàn)上強(qiáng)下弱的特征，深部地層透水性明顯減弱。因此，由炭質(zhì)白云巖及背斜核部的弱透水帶共同形成一個(gè)阻水帶阻擋下層地下水。此阻水帶阻水性能良好，為設(shè)計(jì)注漿帷幕的幕底。

2.2 上部含水層

因受裂隙發(fā)育特征差異的影響，上部含水層的透水性、富水性表現(xiàn)為西部較強(qiáng)，向東減弱。DK06鉆孔及以西地層透水性相對(duì)較強(qiáng)，但極不均一，在帷幕線西段，靠近背斜核部一帶，DK04、DK05鉆孔中分別在標(biāo)高519.67～609.57 m和571.23～654.88 m揭露的構(gòu)造破碎帶，構(gòu)成一個(gè)透水性、富水性相對(duì)較強(qiáng)的似透鏡體狀分布帶，是區(qū)域地下水自南向北補(bǔ)給礦坑水的通道之一；DK06鉆孔以東，地層產(chǎn)狀平緩，受背斜構(gòu)造影響較小，裂隙以順層發(fā)育為主，透水性減弱，對(duì)地下水補(bǔ)給礦坑水具有一定的阻礙作用。

試驗(yàn)段富水性垂向分布有3個(gè)強(qiáng)帶，具體分布情況如下：

上部強(qiáng)帶：主要分布在820.0～730.40 m之間，巖性為白云巖，呈灰白色，厚度30～60 m，自西向東逐漸減小。單位透水率3.39～9.94Lu。

中部強(qiáng)帶：主要分布在758.43～490.4 m之間，巖性為白云巖，呈灰黑色，厚度30～210 m，自西向東逐漸減小。單位透水率2.56～9.45Lu。

下部強(qiáng)帶：主要分布在492.43～431.37 m之間，巖性為白云巖，呈灰色-灰黑色，厚度30 m，單位透水率1.32～1.77Lu，單位注漿量3.51～15.1 m3/m。

2.3 下部含水層

本次注漿試驗(yàn)段未揭露下部含水層，本含水層為承壓含水層，含水層為石門坎東翼地層受構(gòu)造作用順層滑動(dòng)，形成緩傾斜的層間裂隙帶，層間裂隙帶以上分布36～41 m厚度的炭質(zhì)白云巖，完整性好，裂隙不發(fā)育，構(gòu)成該承壓含水層頂板，承壓水頂板標(biāo)高448.03～217.67 m，起伏較大，承壓水頭標(biāo)高自西向東+1 038.72～+1 187.32 m。下層承壓水頭高于上層地下水位，水位差達(dá)到230～324 m，巨大的水位差說(shuō)明承壓含水層隔水頂板隔水性能良好。下部含水層不存在越流補(bǔ)給上部含水層的可能性。由此說(shuō)明阻水帶有很強(qiáng)的阻水能力，可作為帷幕注漿的幕底[3]。

3 南部帷幕設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 南部帷幕設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)帷幕體上限：帷幕提上限為+850 m標(biāo)高；(2)帷幕體下限：帷幕深度進(jìn)入阻水帶10 m，根據(jù)實(shí)際情況確定；(3)帷幕體厚度：幕體厚設(shè)計(jì)為10 m；(4)帷幕體透水率：1Lu。

3.2 帷幕鉆孔的布置

南部帷幕注漿工程鉆孔采用垂直孔+“魚刺型”分支孔+“S”型分支孔組合形式布置；主孔孔深100 m以上，垂直孔與“魚刺型”分支孔自上而下順序施工；主孔孔深100 m以下，垂直孔與“S”分支孔先直孔后分支順序施工；主孔孔深100 m以下，“魚刺型”分支孔自上而下順序施工；這樣可最大程度地減少鉆機(jī)硐室的開拓?cái)?shù)量，增大施工過(guò)程中的安全保障，同時(shí)為礦山節(jié)約了投資規(guī)模。

3.3 注漿工藝及參數(shù)

(1)注漿材料及漿液配比，工程注漿漿液以改性黏土水泥漿為主，單液水泥漿為輔。水泥采用PO42.5普通硅酸鹽水泥；黏土采用硫礦廠紅黏土，儲(chǔ)量可滿足工程需要；硅酸鈉要求密度不小于1.38 g/cm3，模數(shù)2.6～2.8之間。

(2)注漿段高，鉆進(jìn)中沖洗液全部漏失點(diǎn)為基礎(chǔ)，若出現(xiàn)大量漏失情況及時(shí)進(jìn)行注漿，注漿段高可在10～30 m范圍內(nèi)合理選擇。沖洗液漏失不完全，注漿段高不超過(guò)50 m。平均30～50 m為一個(gè)注漿段。

(3)注漿壓力選用2.5～3.0倍的靜水壓力。注漿結(jié)束流量小于50 L/min，持續(xù)30 min。阻水帶段單位透水率小于1Lu。

4 黏土水泥漿適用性分析

表1取已完成試驗(yàn)段及西南段鉆探注漿數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析：

表1 南部注漿段注漿基本信息統(tǒng)計(jì)

4.1 疊加效應(yīng)評(píng)價(jià)

由表1可見(jiàn)，南部注漿段區(qū)域Ⅰ序孔單位注漿量3.27～3.97 m3/m，Ⅱ序孔單位注漿量1.27～1.48 m3/m，注漿總量為Ⅰ序孔的38%左右；Ⅲ序孔單位注漿量為0.69～0.71 m3/m，單位注漿量為Ⅰ序孔的18%～21%；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔的單位透水率明顯降低，Ⅱ、Ⅲ序孔相對(duì)Ⅰ序孔下降50%以上，說(shuō)明Ⅰ序孔其漿液已經(jīng)部分?jǐn)U散至Ⅱ、Ⅲ序孔區(qū)域，漿液形成疊加效應(yīng)，注漿效果比較理想。

4.2 注漿參數(shù)完成情況

據(jù)統(tǒng)計(jì)該區(qū)域各孔結(jié)束注漿壓力11.6～14.4 MPa，達(dá)到了設(shè)計(jì)注漿壓力2.5～3.0倍的靜水壓力標(biāo)準(zhǔn)，注漿結(jié)束后壓水試驗(yàn)取得單段及全孔單位透水率0.05～0.15Lu，遠(yuǎn)小于注漿段注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)單位透水率小于1Lu的要求。

4.3 注漿成果檢測(cè)情況

通過(guò)取芯孔對(duì)試驗(yàn)段取樣，取芯注漿孔中多次發(fā)現(xiàn)漿液結(jié)石，說(shuō)明漿液凝結(jié)效果較好，與水文地質(zhì)編錄比較，漿液結(jié)石多發(fā)現(xiàn)于破碎地層，說(shuō)明地層連通性好，注漿過(guò)程中漿液的擴(kuò)散比較好，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的擴(kuò)散半徑。

試驗(yàn)段利用井間高密度電阻率成像法進(jìn)行幕體連續(xù)性的檢測(cè)，反演電阻率值達(dá)到500～1 500 Ω·m，屬中等電阻率特征，而注漿前該段物探結(jié)果顯示屬于低電阻率區(qū)域，電阻率差異變化表明注漿段整體注漿成效明顯。

5 結(jié)論

礦區(qū)東南部帷幕層位以白云巖為主，地層較緩，裂隙以順層裂隙為主，沒(méi)有大型的巖溶構(gòu)造通道，礦區(qū)采用垂直孔+“魚刺型”分支孔+“S”型分支孔組合形式增大了裂隙揭露率，增加注漿效果；黏土水泥漿在實(shí)際應(yīng)用中各孔均可達(dá)到設(shè)計(jì)的擴(kuò)散半徑，注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，取芯驗(yàn)證漿液凝結(jié)性較好達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，物探驗(yàn)證驗(yàn)證注漿段整體視電阻率提高，起到了隔水帷幕的作用，故黏土水泥漿在礦區(qū)南部白云巖地區(qū)有較好的注漿效果和適用性。