混合浆液在矿区帷幕注浆工程中的效果分析

冯建亮

(华北有色工程勘察院有限公司)

混合浆液在矿区帷幕注浆工程中的效果分析

冯建亮

(华北有色工程勘察院有限公司)

混合浆液相比水泥单液浆，具有单价低、注浆效率高的优势，在保证注浆效果的同时能有效控制工程投资费用。以南李庄帷幕注浆中使用的混合浆液注浆施工方案为例，对混合浆液扩散性及结石强度进行分析，取得了很好的注浆效果，表明混合浆液在以裂隙为主的矿区帷幕注浆工程中是合理可行的。

帷幕注浆 混合浆液 扩散性 结石强度

矿山帷幕注浆工程一般都要求在保证注浆质量的同时尽量节约投资。混合浆液就是以其他材料代替部分水泥，在保证注浆质量的同时降低浆液成本、控制浆液的扩散距离。南李庄帷幕注浆工程施工时因地制宜，采取了以水泥-尾矿砂-膨润土的混合浆液注浆方案对漏失量大的地层进行注浆，取得了理想的效果。

1 浆液种类及特点

南李庄帷幕注浆工程中用的浆液种类有水泥单液浆、水泥-尾矿砂-膨润土混合浆液。

水泥单浆液是指以水泥为主料、用水调制成的浆液，是矿山帷幕注浆工程中最常用的。水泥常采用32.5#和42.5#普通硅酸盐水泥，其特点是流动性好、稳定性好、结石强度高，但成本较高。南李庄帷幕注浆工程采用的单液水泥浆水灰比有3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1，以满足各种裂隙宽度的扩散需求。

水泥-尾矿砂-膨润土混合浆液是指水泥、尾矿砂、膨润土按照一定的配比加水拌和而成的一种浆液。相对水泥单浆液来说，浆液颗粒较大，其流动性、稳定性也稍差，但结石强度很好，且浆液成本较低。一般在漏失量大的溶洞、大裂隙中采用比较多，可以有效控制浆液的扩散范围。为保证浆液的流动性、稳定性，南李庄铁矿帷幕注浆工程混合浆液水固比为1∶1、0.8∶1，其中固体材料水泥、尾矿砂、膨润土配比为6∶3∶1。

通过2种浆液的比较，重点对混合浆液的指标进行分析，以验证其合理性。

2 混合浆液注浆扩散范围

南李庄铁矿帷幕注浆工程区域内水文地质条件复杂，裂隙发育极不均一，单位注浆量差异性大。K11～K19区段漏失量大，混合浆液使用比较多，混合浆液使用情况见图1。

图1 K11～K19区段注浆效果垂向图

由图1可知，该区段-200 m(图中虚线部位)以上裂隙发育，注浆量大，-200 m以下单位注浆量极小(仅0.27 m3/m)，且没有使用过混合浆液。为了准确、客观评价结果，-200 m以下部位不进入评价。分别从注浆孔叠加效应、频率曲线、幕浆比及浆液扩散半径、检查加密孔的施工情况、水泥结石分布情况几个方面对混合浆液的扩散性加以评价。

2.1 叠加效应

按照三序孔统计，本区段的各序孔单位注浆量与单位透水率叠加效应见表1。

表1 区段内各序孔单位注浆量与单位透水率叠加效应

由表1可看出,本区段(-200 m以上部位)注浆段Ⅰ序孔单位透水率为67.61 Lu，单位注浆量达到9.08 m3/m，表明该区域岩溶、裂隙极为发育，连通性好。Ⅲ序孔单位透水率只有Ⅰ序孔的4%，单位注浆量只有Ⅰ序孔的22%。各序孔间单位注浆量、透水率逐序递减趋势明显，说明Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔具有很好的叠加效应。混合浆液的使用并未对浆液的扩散性产生不良影响，取得了很好的注浆效果。

2.2 频率曲线

根据K11～K19区段内注浆段资料的统计分析，运用频率曲线评价注浆效果，单位透水率频率曲线见图2和表2,单位注浆频率曲线分析量见图3和表3。

图2 单位透水率频率曲线

表2 区段单位透水率区间分布

由图2、图3可以看出，不管是单位透水率还是单位注浆量，代表孔序的曲线中Ⅲ序孔在上面，Ⅱ序孔居中，Ⅰ序孔在下方，表明区段帷幕整体质量受前序孔对后序孔的影响明显，注浆效果好。

图3 单位注浆量频率曲线

表3 单位注浆量区间分布

2.3 幕浆比

幕浆比是指注浆工程注入帷幕体内能够达到设计堵水标准的浆液或结石体与注入的全部浆液或浆液结石体的比值的百分数。

幕浆比值除了与选择的帷幕线的水文地质条件具有一定的关系以外，还受合理的施工工艺和设计参数控制。

通过幕浆比的计算分析来验证混合浆液的使用过程中施工工艺是否合理，原设计参数是否符合混合浆液的特点及浆液利用率高低。

根据计算公式：

(1)

式中,h为注浆段单孔平均长度，为323.58 m；H为帷幕体设计厚度，取10 m；n为设计含水层溶裂率，取1.5%；N为注浆孔个数，取9个；L为帷幕线设计长度，取90 m；R为设计浆液扩散半径，取8 m；Vs为实际浆液使用量，取11 996.8 m3。

计算得出μ=55%,即表示55%的混合浆液充填在幕体之中，在溶隙地层中该值比较合理。说明在使用混合浆液的情况下，原设计参数基本合适，施工工艺比较合理，混合浆液对该区段扩散范围的控制基本正确有利。

2.4 浆液扩散半径

根据计算公式：

(2)

计算得出R=8.53 m。

通过实际注浆情况反算的扩散半径与设计值8 m比较接近，也说明混合浆液的扩散性得到了有效控制，满足设计要求。

2.5 检查孔和加密孔施工

检查孔、加密孔是对帷幕注浆施工质量进行检查和隐患补强。在K11～K13区段布置了1个检查孔和1个加密孔,注浆效果统计见表4。

表4 检查孔、加密孔注浆效果统计

从表4可以看出，检查孔和加密孔单位透水率、注浆量远低于区段内Ⅰ序孔。在2个钻孔施工的29个注浆段中，透水率最大为1.62 Lu，最小为0.35 Lu，均小于2 Lu的设计标准，表明该区段在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔注浆后，裂隙得到了封堵，注浆质量比较好。

2.6 浆液结石分布

通过图1可以看出，本区段见结石率比较高，除Ⅰ序孔K13外，其余各孔均多次发现浆液结石，而且浆液结石均分布在-200 m以上区域，表明该区段裂隙发育，浆液扩散性好。图4为钻孔浆液结石照片，可以看出，溶隙中结石充填密实，结石情况比较好。

图4 浆液结石

3 混合浆液结石强度

在矿山帷幕注浆工程中，浆液结石体强度是反映浆液和注浆帷幕体质量的一个重要指标。但浆液结石体强度与很多因素有关，如水泥标号、浆液浓度、搅拌时间等。施工期间需要加强制浆质量的监控，保证浆液结石的强度达到设计要求。

南李庄铁矿帷幕注浆工程采取浆液性能检验监测结果记录、浆液试块强度抽样检查、浆液结石的强度检测等措施，以确保制浆质量达标，浆液结石强度符合设计要求(设计值为不小于5 MPa)。

3.1 浆液性能检验监测

浆液性能检验监测的作用是对制浆质量进行实时监控，以保证浆液的密度、流动性、析水率、初终凝时间各项性能满足设计要求。

3.2 浆液试块强度抽样检查

浆液试块强度抽样检查是在注浆时对配置的浆液制成标准试块送专业检测机构检验。南李庄试块检测结果见表5。

表5 南李庄浆液试块抗压强度检测统计

从表5可以看出,同种浆液的试块强度差异比较大，不同浆液试块强度差异性不明显，但不管哪种浆液组成，其最小强度值均能满足设计要求,表明南李庄铁矿帷幕注浆工程中采用的混合浆液配比比较合理。

3.3 浆液结石强度检测

由于室内养护环境跟地下环境的差别，两者的结石强度可能存在出入。南李庄帷幕注浆工程在施工期间共进行了20组浆液结石的岩石力学实验。结果显示，浆液结石最低强度为10.3 MPa，满足设计要求。

4 结 论

通过在以裂隙为主的矿区帷幕工程，采用水泥-尾矿砂-膨润土混合浆液进行注浆，取得了很好的效果，既满足设计及施工要求，又节约了注浆成本，具有一定的合理性，但是浆液的性能受材料的种类、数量影响很大，在不同的工程中需要根据设计要求反复试验，同时考虑现场实际条件和自身的施工管理水平，综合选取最优方案。

2014-12-02)

冯建亮(1984—)，男，助理工程师，050021 河北省石家庄市裕华区汇通路39号。