高浓度、高流动性水泥注浆在阿舍勒铜矿的应用研究

钟志强

（新疆哈巴河县阿舍勒铜业股份有限公司 哈巴河 836500）

1 研究目的

阿舍勒铜矿多数永久巷道存在来压现象，产生地段多破碎带、矿区断层、矿岩接触带等区域。通过注浆技术改变围岩力学性质，使围岩对于变形的自控性能以及整体性能得以强化。且注浆后可对存在空隙、裂缝进行较佳地控制，从而使围岩的一体性与坚固性得到有效保障，同时也能防止先前存在的缝隙不再扩展，提升围岩强度，保证施工的安全，使矿井作业效率得以提高。

通过一系列相关试验，确定出合适的注浆相关参数。井下现场实际注浆实验选择在地下应力大、巷道服务时间较长的软破凝灰岩或断层破碎带区段进行，预期实验将达到以下要求：浆料3d抗压强度大于10MPa、0.5水灰比渗透范围达5m、岩性膨胀变形率降低50%、相比传统支护方法费用降低10%。

1.1 项目总体目标与研究内容

优化注浆参数，选取更有优点的材料，达到更好的注浆效果，控制围岩变形破坏。通过对比实验，得出超细水泥注浆的合理配比。

1.2 项目研发总体思路与工艺技术路线

针对不同的情况采用不同的注浆参数以及不同的注浆材料。针对围岩裂隙大于10mm的区域采用普通水泥注浆，针对裂隙小于10mm的区域采用超细水泥注浆。为保证高浓度浆液的流动性，需通过对比试验，选择合适的助流剂及其添加配比。

施工步骤：用YT-28钻机施工Φ40cm注浆钻孔，钻孔尽量垂直岩面，深度2～3m，钻孔间排距2～2.5m。孔内安装长度2～3mΦ18cm螺纹钢水泥卷锚杆，并将50cmΦ15注浆钢管放入钻孔内，外露10～15cm，用水泥速凝锚固剂封口。为防止漏浆，采用巷道素喷方式止漏（厚度3～5cm）。注浆前需检查注浆管是否堵塞，锚杆是否有松动。后期通过锚杆拉拔力检测、地质钻取芯、地表试块单轴抗压试验等方式论证效果。

2 研究过程

2.1 注浆参数确定

2.1.1 助流剂选型

超细水泥由于细度高和表面积大，保水性很强，把这种浆液灌注地层后将因多于的水分不易排除，导致岩石强度显著降低，同时高浓度普通水泥浆液因浆液浓度增加而产生的流动性降低的问题，也需要解决。为此公司采购了两种不同的助流剂，通过实验对比，选择合适的助流剂类型和配比。

实验设计三组助流剂配比，分别试用于普通水泥和超细水泥，通过塌落度实验和单轴抗压强度测试，选择确定助流剂类型和添加配比。实验数据如表1。

综合对比实验数据，助流剂A的性能略好于助流剂B，助流剂的在100：1（水泥：添加剂，重量比）的配比下效果明显最好。助流剂对的抗压性能无明显影响。故确定选用助流剂A作为注浆添加剂，添加配比为100：1。

2.1.2 注浆半径确定

选择具有代表性的巷道进行注浆，通过钻取岩芯来确定注浆扩散半径。

通过实验发现高浓度普通水泥浆液在裂隙大于10mm的区域注浆扩散半径在3-4.5m。高浓度超细水泥浆液在微裂隙区域扩散半径在1.5-2.5m（根据裂隙发育程度和注浆工艺区别，可能有所浮动）。

由于设备以及工艺问题，无法对其他参数（注浆压力、凝固时间等）进行准确测量分析，故按照工人现场经验数据处理。根据实验数据，综合考虑将普通水泥的注浆孔排距设置为2.5m，每排布置2个，超细水泥的注浆孔排距设置为2m，同样每排布置2个。

2.2 现场注浆实验

2.2.1 实验注意事项

为保证注浆锚杆的锚固质量及围岩注浆过程中的封孔效果，锚杆必须按照设计要求进行加工和安装；注浆泵水平放置在巷道底板上，不允许注浆泵在注浆过程中有晃动、倾斜等现象发生，随时注意对拉杆及行程阀杠杆等活动部位的润滑；浆液必须按照设计配比进行调配，调浆前筛除水泥中的杂物，并在专门的调浆容器中进行调浆工作；开泵前先检查观察注浆、管路等的变化情况，如有异常，应立即停机检查，待查明原因、排除故障后，方可继续工作。部分实验数据如图1、2，部分注浆管堵塞，无法进行注浆。

2.2.2 数据分析

图1 注浆锚杆安装效果图

图2 整体安装效果图

每孔的实际注浆量的大小，在实验中存在较大差异，与围岩间的裂隙联通有关，如几个注浆孔之间裂隙联通，从其中一个孔可能会注满整个联通的裂隙，从而其他孔的注浆量降低，而其中个别孔的注浆量远远大于其他孔。所以不能以单纯的注浆量来衡量注浆效果。同时为保证实验有效性和准确性，应在一段时间后进行锚杆拉拔实验和围岩变形监测来综合验证注浆效果。

2.2.3 存在问题及后期

①水泥浆液在现场调制，由人工搅拌，消耗时间较长，平均每次拌料耗时20分钟，每次拌浆仅能注3-5个孔，效率低。②人工拌料，浆液中存在结块现象，导致浆液浓度与设计值存在差异。③浆液沉淀离析较快，需要不停地搅拌。④围岩来压变形不是十分明显的区域，注浆量十分有限，浆液难以注入。

3 研究结论

根据目前实验进展来看，高浓度、高流动性注浆技术对地压的控制效果暂时不能有效检测，但是通过一系列实验和分析，初步确定了注浆的相关参数和技术要点，通过后期继续研究观测，将确定注浆支护的有效性以及经济性。若达到预期的目标，可以逐步在井下各中段进行适用，同时替代目前代价较大的工字钢和U型钢支护工艺，对深部巷道或者围岩破碎区域可以考虑采用全断面注浆支护加固，以减少后期维护费用和对生产的影响。