中关铁矿注浆帷幕检查孔设计施工与优化

2010-11-15高广锋刘殿凤韩贵雷

采矿技术 2010年5期

关键词：帷幕铁矿注浆

高广锋,刘殿凤,韩贵雷

(1.河北钢铁集团矿业公司中关矿, 河北邢台市 054103;2.华北有色工程勘察院,河北石家庄 050021)

中关铁矿注浆帷幕检查孔设计施工与优化

高广锋1,刘殿凤2,韩贵雷2

(1.河北钢铁集团矿业公司中关矿, 河北邢台市 054103;2.华北有色工程勘察院,河北石家庄 050021)

帷幕注浆是新兴的矿山治水常用的重要手段,帷幕体抗渗效果的检查通常采用施工检查孔的方式。对中关铁矿帷幕注浆工程已完工区段施工质量进行分析与研究,最终确定了检查孔布置原则,根据此原则对相应区段布置了一定数量的检查孔,通过大量资料的分析,认为钻孔透水率与单位注灰量不存在对应的线性关系,因此,检查孔按注浆孔进行注浆施工是非常必要,按上述研究成果进行了检查孔的设计与施工,检查结果表明,幕体具有较好的搭接效果,帷幕体防渗性能满足 q≤2 Lu的设计指标。

帷幕注浆;矿山治水;检查孔

0 引言

河北钢铁集团矿业公司中关矿位于河北省沙河市白塔镇中关村附近,矿区南北长 2000 m,宽 800 m左右,矿体平均厚度 38 m,最大厚度 193.06 m,埋深300～720 m,总储量 9345万 t。矿山治水采用帷幕注浆的方式,帷幕注浆工程由华北有色工程勘察院承担,注浆帷幕线设计南北长 1140 m;东西最大宽度为 890 m,平面上形成环形椭圆状展布的全封闭的帷幕,全长 3397 m,由 270个注浆孔、20个观测孔、34个检查孔、36个加密孔,共 360个钻孔构成,最大设计孔深达 810 m。总钻探进尺 201906 m,注浆段全长 126674 m,帷幕注浆采用分段注浆,每注浆段平均长度为 30 m。注浆帷幕墙体底板进入燕山期闪长岩隔水层,注浆帷幕完工后的帷幕防渗性能指标 q≤2 Lu,帷幕形成后堵水率达 80%,渗透系数 K≤0.08 m/d,质量要求高[1]。

由于帷幕注浆工程具有典型的隐蔽工程特点[2],帷幕注浆施工完成后,注浆质量好坏,防渗效果如何,均无法完全直接评定,因此,帷幕注浆工程施工质量检查一直是人们研究关注的热点[3～11],目前帷幕注浆防渗效果的检验主要有间接方式:利用电场、磁场等物探手段分析和研究帷幕注浆前后地质体的变化,借此来反映帷幕注浆效果,该方法具有简单,经济等优点;直接方式:通过施工检查孔,利用单位透水率、单位注灰量等数据参数反映帷幕注浆效果,该方法评价方式直接,效果明显,一般帷幕注浆工程中均需要按一定比例布置,但施工费用较高。

1 检查孔优化设计

中关铁矿帷幕注浆工程帷幕线全长 3397 m,设计施工 34个检查孔,检查孔位置及施工技术方案根据现场情况研究决定,在注浆帷幕施工过程中采用分区施工的方式,检查孔的布置及施工以帷幕完成一段检查一段为原则。

1.1 布置原则

非煤矿山帷幕注浆在我国发展相对滞后,成熟的经验相对较少。借鉴水利水电领域大坝坝基帷幕注浆经验,检查孔布置可遵循以下原则:

(1)透水率与单位注灰量特别大的注浆孔附近;

(2)注浆过程中因故中断或变浆不当,致使原来大量吸浆的孔段复注或变浆后,吸浆很小或不再吸浆的孔附近;

(3)发生串浆或冒浆事故的注浆孔附近;

(4)透水率很大,但单位注灰量很小;或恰恰与之相反,两个数值相互不适应的注浆孔附近;

(5)注浆孔揭露显示地质条件复杂的地段。

1.2 注浆孔质量分析

以中关铁矿帷幕注浆工程 K8～W8区段钻孔质量分析及检查孔布置为例,进行一般规律的研究,K8～W8区段为中关铁矿帷幕注浆工程中二工区中的一段,包括 49个钻孔,其中Ⅰ序钻孔 11个,Ⅱ序钻孔 18个,Ⅲ序钻孔 20个。

工程资料统计分析表明,该区段内Ⅱ序孔单位注灰量为Ⅰ序孔的 30.2%,Ⅲ序孔单位注灰量为Ⅰ序孔的 13.6%,Ⅲ序孔单位注灰量为 Ⅱ序孔的44.9%,同样各序孔单位透水率之间也具有明显的递减趋势,单位注灰量及单位透水率随着注浆过程递减,反映出随着注浆工程的进行,帷幕墙体逐渐形成的过程,注浆效果理想。

变异系数在岩土工程界常被用来对大量的实验结果进行统计分析。研究发现,将该参数引入帷幕注浆工程质量评价工作中具有直观的工程意义。因此,此次中关铁矿帷幕注浆效果成果分析研究也引入了该参数。

由表1可以看出,Ⅰ序孔透水率离散性较大,说明该区域原始地层裂隙分布差异性较大,地质情况复杂,岩层裂隙及其透水性不均一,注浆后离散系数变小,反映出注浆后地层中贯通裂隙被水泥封堵,透水性有所减小且较为均一,说明帷幕注浆的封堵效果理想。

表1 单位注灰量和透水率离散性分析

图1表明:由于注浆过程及地层条件的不同,区内钻孔平均单位注浆量各不相同,其中 W9、W3、W6附近表现异常,W9附近最为异常,存在一定的隐患,应进行注浆质量检查及加密补强。

图1 水平向全孔平均单位注灰量分析

1.3 检查孔布置

根据注浆孔质量分析与研究,最终确定检查孔的布置原则:检查孔应布置在具有代表性同时兼顾重点部位的地段,重点部位主要包括:注浆异常段、注浆事故段、地层异常段、压水异常段等。

根据上述原则,对 K8～W8区段进行帷幕注浆效果检查,设计布置 3个检查孔,J1、J2、J3,检查孔距离帷幕线 5 m,钻探施工按注浆孔施工要求进行,对每段及钻孔进行压水试验,以压水试验结果作为检查标准。

K8～W8区段检查孔布置见图2。

图2 检查孔布置

2 检查孔注浆必要性研究

一般来说,岩体单位透水率大,单位注灰量也会大,但是想要寻找一个具有普遍代表性的近似关系确实很难,其原因是多方面的:除了地质、水文地质条件的差异外,透水率与单位注灰量两个参数本身的性质、运动规律也有较大的差异,他们之间是不成线性比的。

根据中关铁矿帷幕注浆不同施工阶段的注浆资料,总结出相应的单位注灰量与透水率之间的关系(见图3),透水率与单位注灰量对应关系是在两条斜线限定的范围内变化,而不是一条固定直线,说明透水率与单位注灰量之间不存在固定线性关系。

图3 单位注灰量与透水率之间的关系

在矿山帷幕注浆领域,钻孔单位注灰量大于800 kg/m时认为该钻孔吃浆量较大,地层透水性较强,根据对中关铁矿帷幕注浆已施工钻孔的不完全统计,透水率小于 1 Lu,而单位注灰量大于 800 kg/m的钻孔占全部钻孔的 16%,表2为部分透水率小而单位注灰量特大的钻孔资料,表中数据进一步说明这两个参数之间的非线性对应关系。

表2 钻孔注浆结果统计

上述研究结果表明:由于中关矿区注浆对象寒武系石灰岩裂隙岩溶发育存在很大不均一性,钻孔透水率与单位注灰量并非理想的线性关系,存在较多的异常段。上述分析说明,利用注浆段透水率单一指标评价帷幕注浆效果是不全面的。因此,利用检查孔在进行完压水试验后,按注浆孔进行注浆施工是非常必要的,一方面确保质量评价指标得以完善,另一方面及时补强整体帷幕异常注浆段,确保工程施工质量。同时,检查孔注浆后,以其单位注灰量作为检查注浆质量的另一个评价指标,可使帷幕注浆抗渗效果评价体系更加全面、更加科学。