矿山帷幕注浆特殊地层施工工艺研究Word格式.docx

1、TD265.8文献标识码:A文章编号:16727428（2010）11006703 StudyonConstructionTechnologyofMineCurtainGroutingForCaveFormation/YANGQu?n,GAOGuang-feng, HANGuilei,YAOHuimin（1.NorthChinaEngineeringInvestigationInstituteCo.,Ltd.,ShijiazhuangHebei050021, China;2.ZhongguanMiningCompanyofHebeiIron&SteelGroupMiningCo.,Lt

2、d.,XingtaiHebei054200,China;3. NoahChinaGeologicalandExplorationBureau,Tianjin300170,China） Abstract:Inordertoeffectivelyprotectthegroundwaterresourcesandrationallyexploitmineralresources,curtaingrouting isthemainmethodforwatercontrolinmine.Butinthecavedevelopmentsection,becauseofstrongpermeabilitya

3、ndlarge groutingVolume,itisdifficulttoConleuptothegroutingfinishedstandard.Accordingtothecavefeaturesofcurtaingrou tingengineeringinzhongguanironmine,cavesweredividedintodifferentcategories;onthebasisofthetest,grouting addingmaterialswerechosen.Thepapertheoreticallyintroducedcavesgroutingmethodandtr

4、ansformationprocessofslurry 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

5、,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,

6、矿体平均厚度 38.01TI,最大厚度193.06m,埋深320820m,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:20100427:修回日期:2010一O82O 作者介绍:杨全（

7、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

8、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

9、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,nR.（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,

10、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

11、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

12、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,

13、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

14、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%. 参考文献:1邯钢集团沙河市中关矿业有限公司中关铁矿帷幕注浆工程施 工设计Z.河北石家庄:华北有色工程勘察院,2008. 2孙钊.大坝基岩灌浆M.北京:中国水利水电出版社,2004. 3李清来.帷幕注浆堵水在红卫岩溶充水铜铁矿床防治地面塌 陷中的应用J.中国岩溶,1997,（4）:404412. 4程秀德.安徽新桥硫铁矿大型帷幕注浆试验工程J.探矿工 程.2000,（3）:2932. 5王军.岩溶矿床帷幕注浆截流新技术J.矿业研究与开发, 2006,（B10）:151154. 6王自清.水利水电工程地层注浆堵水与施工新技术及标准规 范M.北京:中国知识出版社,2006. 7祝世平,王伏春,曾夏生.大红山矿帷幕注浆工程实践及治水 效果J.矿业研究与开发,2006,（B11）:9193. 8曾绍权.水口山铅锌矿鸭公塘矿区大型帷幕注浆治水工程技 术的应用J.中国有色冶金,2006,（6）:5559. 9白聚波,张国军,周辉峰.帷幕注浆在矿山治水中的应用J. 西部探矿工程,2008,（3）:9698. 1O王立生.帷幕注浆法在冬瓜山铜矿的应用J.金属矿山, 2008.（3）:5860. 一