矿山帷幕注浆特殊地层施工工艺研究Word格式.docx

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TD265.8文献标识码:

A文章编号:

1672—7428（2010）11—0067—03

StudyonConstructionTechnologyofMineCurtainGroutingForCaveFormation/YANGQu?

n,GAOGuang-feng,

HANGui—lei,YAOHui—min（1.NorthChinaEngineeringInvestigationInstituteCo.,Ltd.,ShijiazhuangHebei050021,

China;

2.ZhongguanMiningCompanyofHebeiIron&

amp;

SteelGroupMiningCo.,Ltd.,XingtaiHebei054200,China;

3.

NoahChinaGeologicalandExplorationBureau,Tianjin300170,China）

Abstract:

Inordertoeffectivelyprotectthegroundwaterresourcesandrationallyexploitmineralresourc

es,curtaingrouting

isthemainmethodforwatercontrolinmine.Butinthecavedevelopmentsection,becauseofstrongpermeabilityandlarge

groutingVolume,itisdifficulttoConleuptothegroutingfinishedstandard.Accordingtothecavefeaturesofcurtaingrou—

tingengineeringinzhongguanironmine,cavesweredividedintodifferentcategories;

onthebasisofthetest,grouting

addingmaterialswerechosen.Thepapertheoreticallyintroducedcavesgroutingmethodandtransformationprocessofslurry

spreadingfrom”pipeflow”to”seepage”withfieldoperationdescription.

Keywords:

curtaingrouting;

watercontrolinmine;

karst;

zhongguanironmine

0弓l言

为了有效地保护环境水资源,实现矿产资源的

合理开采,矿山治水常采用帷幕注浆手段,即利用围

岩裂隙充填高强水泥等充填物形成止水帷幕,切断

矿体内外水循环,从而达到既能开采矿山,又保护水

资源的目的?

’.

帷幕注浆钻孔在穿过裂隙,溶洞发育地段,往往

表现出透水性强,注浆量大,难达到结束标准等现

象,造成浆液的浪费,影响注浆施工进度.

针对溶洞,采空区等特殊地层帷幕注浆,该领域

有许多尝试和实践,大体以间歇注浆,添加速凝剂和

添加骨料为主,具有一定的效果,但普遍存在注浆效

果不好和不容易操作等现象J.本文根据中关铁

矿帷幕注浆工程中所遇到的溶洞特点,从实验及理

论的角度介绍了溶洞注浆和浆液扩散形式由”管道

流”向”渗流”的转化过程,并对现场操作进行了详

细的介绍.对于类似工程帷幕注浆溶洞处理具有一

定的借鉴作用.

1工程背景

邯郸钢铁集团公司中关铁矿位于河北省沙河市

白塔镇中关村附近,北距邢台30km,南距邯郸53

km,南北长2000ITI,宽800ITI左右,矿体平均厚度

38.01TI,最大厚度193.06m,埋深320—820m,总储

量9345万t.

注浆帷幕设计厚度T=10.0m,浆液扩散半径

R=8.0m,设计孔距D=12.0m,注浆段平均长度

=

4141TI,采用分段注浆,每注浆段平均长度30ITI.

注浆段钻孔直径采用l10,9l,75mm.注浆帷幕

完工后的帷幕防渗性能指标Q?

2Lu,帷幕形成后

堵水率达80%,透水系数小于K=0.08m/d,质量要

求高.

帷幕注浆工程由华北有色工程勘察院承担,帷

幕线全长3397nl,由270个注浆孔,2O个观测孔,34

收稿日期:

2010—04—27:

修回日期:

2010一O8—2O

作者介绍:

杨全（1984一）,男（汉族）,重庆人,华北有色工程勘察院有限公司,土小工程专业,从

事工程地质勘查,基础施工工程及基坑降水,

矿山帷幕注浆等工作,河北省石家庄市裕华区汇通路39号,yangquan8888@.

68探矿工程（岩土钻掘工程）2010年第37卷第11期

个检查孔,36个加密孔,共360个钻孔构成,总进尺

201906延米.

中关铁矿帷幕注浆工程地层条件复杂,第四系

与寒武系石灰岩接触带存在有采空区,石灰岩地层

赋存有大量溶洞及贯通裂隙（表1为部分钻孔岩溶

统计）,施工难度大,普通的注浆施工工艺难以满足

施工的要求.

表1部分钻孔岩溶统计表

2岩溶采空区注浆研究

根据溶洞大小,地下水流速及溶洞连通性,可将

溶洞划分为不同的等级,进而采取不同的措施,建议

采用表2的分类法.

表2溶洞特性等级划分

溶洞透水性的影响因素较多,上述溶洞特性等

级研究还不成熟.中关铁矿帷幕注浆对所遇到的溶

洞分两类进行处理.

2.1采用混合浆液

针对连通性较差,透水性较弱的溶洞以增加浆

液浓度,降低浆液流动性为指导思想,以采用混合浆

液注浆（水泥尾矿砂）为主,主要采用比例为0.8水

灰比添加20%一30%尾矿砂,0.6水灰比浆液添加

10%,20%尾矿砂.

浆液扩散形式由”管道流”向”渗流”的转化.

石灰岩含水层中赋存有大量的溶洞,裂隙,其连

通性较好,当钻进过程中出现掉钻现象时,可根据掉

钻的情况判断溶洞及裂隙的大小,进而确定采取相

应的注浆手段.如果溶洞尺寸较大,经多次间歇注

浆无效果时,可采取向钻孔内加入一定粒料的方式,

将孔内的浆液流动形式由”管道流”向”渗流”的转

化（如图1所示）,但为了保证一定的浆液扩散半

径,该种注浆方式的启用关键时间为下式决定的注

浆量,在加入粒料后正常注浆一次可达到正常的结

束标准.采取措施时的注浆量可根据下式确定:

V=a2,n’R.（L+2R/3）（h/Y.,n）

式中:

——经验调整系数;

——注浆段长;

R——

浆液扩散半径;

——回次岩心长度;

rti——裂隙宽

度.

图l浆i匝扩散万式

2.2溶洞添加料的选择

2.2.1材料的特点

为了保证注浆效果及帷幕的强度,耐久性和抗

渗性,在具有宽大裂隙,溶洞等吃浆量很大的岩体中

注浆时,需要采用水泥混合浆液及粗骨料.所选用

的材料需具备以下特点:

（1）要因地制宜,物美价廉;

（2）制作混合浆液添加材料符合设计要求;

（3）粗骨料的添加过程具有现场可操作性（粗

骨料粒径控制在0.3,1.0mm之间,自然休止角控

制在38.,42.之间）.

2.2.2材料的性能要求

根据上述要求,中关铁矿帷幕注浆溶洞注浆材

料选用尾矿砂混合浆液及建筑石屑,中关铁矿帷幕

注浆实验室对水泥砂浆混合浆液及粗骨料进行了相

应的实验研究,应具备如下性能:

（1）适合于受注岩层的地质条件和灌注施工的

凝结时间;

（2）在一定时间内保持稳定状态,不离析沉淀;

（3）具有一定的流动性,使浆液在岩体裂隙中

能够扩散一定范围;

（4）结石强度满足一定要求.

部分实验参数要求见表3,表4,图2.

表3尾矿砂细度模数分析

2010年第37卷第11期探矿工程（岩土钻掘工程）69

表4尾矿砂颗粒组成分析

10（）

8O

宴

g陋60

窨

翼

10

图2尾矿砂颗粒级配曲线

3工程实践

3.1实施过程

根据上述理论,对中关铁矿帷幕注浆过程中所

遇到的溶洞,根据不同的溶洞特点进行了相应的处

理,具体操作如下.

（1）详细调查溶洞特征,确定溶洞顶底板,高度

及透水连通情况.

（2）经过理论计算确定首次注浆量,根据注浆

后扫孔情况判定溶洞的连通性及下步所采取的措

施:

如果溶洞内有较多的水泥结石,证明溶洞连通性

较差,经过再次的常规注浆（可采用添加尾矿砂的

混合浆液）即可达到正常的注浆结束标准;

如果溶

洞内无水泥结石或有少量的水泥结石,证明溶洞内

连通性较好,必须采用”管道流”向”渗流”的转化的

处理方法.

（3）添加粗骨料遵循”分次添加,间歇注浆”的

原则,以保证骨料充分的扩散及固结,大致可按以下

程序进行:

利用3mm或89mm钻杆将粗骨料

投放到溶洞内,在投放骨料过程中利用水泵送水,以

保证骨料投放过程中不会塞堵钻杆,每次添加0.1

0.2m左右,多次扫孔,保证骨料向溶洞内充分扩

散,并详细记录骨料的添加量和孔底高度的抬升.

当溶洞底部有0.5m左右的抬升时注浆2,3次,保

证填人溶洞内部骨料和水泥浆的充分固结.反复上

述过程即可以达到既保证注浆质量又加快施工速度

的效果.

3.2效果分析

根据表5的统计分析可以发现,将溶洞分类处

理,并采取相应的措施后,溶洞注浆具有明显的可控

性,通过定性的分析可以发现,针对K81发现的1.1

m和1.8m的溶洞,通过添加尾矿砂和骨料,注灰量

明显减少,为预计量的35%左右,溶洞注浆具有明

显的可控性.

表5溶洞处理结果

4结语

本文通过对中关铁矿特殊地层帷幕注浆施工工

艺进行了研究.

（1）对地层溶洞特性进行了分类,并结合中关

铁矿帷幕注浆工程提出了相应的措施.

（2）对浆液扩散形式由”管道流”向”渗流”的

转化过程进行了细致的分析.

（3）在试验和理论研究的基础上,进行了现场

实施,取得了较好的效果,在保证注浆质量的条件下

注灰量为预计注灰量的35%.

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一