水泥黏土漿在淺成巖地區(qū)注漿適用性的分析

樂 應(yīng) 韓竹東 熊祖堂

(中南勘察基礎(chǔ)工程有限公司)

安徽黃屯硫鐵礦屬于未開發(fā)利用的新礦床，根據(jù)前期水文勘探成果，預(yù)測(cè)礦區(qū)-340 m標(biāo)高中段涌水量達(dá)到10.8萬(wàn)m3/d，礦區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件復(fù)雜[1-2]。為減小地下水對(duì)礦區(qū)開采的威脅，本研究采用帷幕注漿方法攔截部分地下水。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

礦區(qū)主要分布有3類含水巖組及2類隔水巖組(表1)。礦坑主要充水由基巖裂隙水的側(cè)向徑流補(bǔ)給。礦區(qū)東、南部基巖裂隙、孔洞接受大氣降雨補(bǔ)給后，向斷層破碎帶匯集，沿?cái)鄬悠扑閹У钠扑槊嫘纬蓮?qiáng)徑流帶，向北徑流進(jìn)入天河。在天然狀態(tài)下，東、南、西面山區(qū)基巖裂隙接受大氣降水補(bǔ)給后，向溝谷匯聚，而后自南向北徑流運(yùn)動(dòng)。在疏干排水條件下，礦區(qū)地下水流場(chǎng)會(huì)發(fā)生改變，主要存在3個(gè)進(jìn)水方向：①F1斷層與F2斷層之間的南部進(jìn)水通道；②F1斷層與F2斷層之間的北部進(jìn)水通道；③F1斷層中部過水通道，群孔抽水試驗(yàn)證明，F(xiàn)1斷層中部被后期構(gòu)造Fp2、Fp3、Fp4穿插，透水性好。

表1 礦區(qū)各巖層含(隔)水性特征

2 注漿技術(shù)要求及施工工藝

2.1 注漿材料及制漿要求

預(yù)計(jì)注漿量達(dá)50萬(wàn)m3左右，注漿材料選擇水泥黏土漿。水泥采用標(biāo)號(hào)為PO42.5的水泥，不宜使用受潮結(jié)塊水泥。黏土塑性指數(shù)≥10，黏粒(粒徑小于0.005 mm)含量不小于15%，含砂量(粒徑0.05～0.25 mm)不大于5%，有機(jī)物含量不宜大于3%，黏土使用過程中應(yīng)定期送檢，含沙量超標(biāo)時(shí)須更換土場(chǎng)[2-5]。

制漿要求為：①可控行固相材料宜采用重量稱量法進(jìn)行稱量，稱量的相對(duì)誤差應(yīng)小于5%；②原漿攪拌后須測(cè)量比重，比重達(dá)標(biāo)方可用于制備混合漿；③應(yīng)建立大型集中制漿站，制漿站的制漿能力應(yīng)能同時(shí)滿足注漿高峰期所有鉆孔的用漿需求；④制備黏土原漿時(shí)，黏性土應(yīng)采用轉(zhuǎn)速在1 200 r/min以上的高速攪拌機(jī)拌制，攪拌時(shí)間應(yīng)超過2 min，原漿漿液在制作及使用前應(yīng)過篩，漿液使用過程中須不斷攪拌，防止黏土顆粒沉淀；⑤制備混合漿液時(shí)宜采用340～1 200 r/min的高速攪拌機(jī)進(jìn)行拌制，所有制漿材料加入后的攪拌時(shí)間不宜少于2 min；⑥混合漿液中需要加入輔助劑時(shí)，輔助劑應(yīng)直接加入攪拌后的混合漿液中，并且攪拌時(shí)間不宜小于2 min，混合漿液由制備到使用的時(shí)間不宜超過4 h；⑦應(yīng)對(duì)攪拌和計(jì)量設(shè)備進(jìn)行定期保養(yǎng)和檢修，及時(shí)清理攪拌桶以及貯漿池中的沉積物及殘留物。

2.2 漿液配比及物理力學(xué)性能

本研究漿液水固比有3∶1、2.5∶1、2∶1、1.5∶1、1.2∶1、1∶1 6個(gè)級(jí)配8個(gè)配比供選擇(表2)。料漿配比及相關(guān)物理力學(xué)性能指標(biāo)見表3。

表2 帷幕采用的改性黏土漿配比

表3 改性黏土漿配比及主要性能指標(biāo)

2.3 注漿方式

以下止?jié){塞分段注漿為主，當(dāng)淺部遇巖芯破碎，止?jié){塞難以封閉時(shí)，可采用下注漿管循環(huán)式注漿式[6-8]。淺部120 m以上，注漿段長(zhǎng)5～20 m，120 m以下，注漿段長(zhǎng)20～30 m，遇全漏情況時(shí)須立即停鉆壓水注漿。由于淺層巖地區(qū)以微細(xì)裂隙為主，為確保微細(xì)裂隙充填密實(shí)，漿液擴(kuò)散達(dá)到要求，注漿時(shí)應(yīng)采用較高壓力。設(shè)計(jì)采用純壓式注漿方式時(shí)的注漿終壓(孔口表壓)為地下水靜水壓力的2.5～3倍，孔內(nèi)循環(huán)式注漿時(shí)的注漿終壓為地下水靜水壓力的1.5～2倍。注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓且鉆孔注入率小于20 L/min，穩(wěn)定20～30 min后，即可結(jié)束當(dāng)次注漿。

3 注漿效果

根據(jù)本研究檢查孔鉆探施工巖芯揭露情況，在不同孔段及孔深裂隙面多次發(fā)現(xiàn)有水泥黏土漿薄層(圖1)，表明水泥黏土漿在連通性好的裂隙內(nèi)擴(kuò)散較好，可達(dá)到設(shè)計(jì)擴(kuò)散半徑。掃孔、鉆進(jìn)過程中的水泥黏土漿結(jié)石體樣品物理力學(xué)參數(shù)測(cè)試結(jié)果見表4。分析表4可知：在鉆孔中不同深度所獲取的水泥黏土漿結(jié)石體樣品的抗壓強(qiáng)度最小可達(dá)8.5 MPa，最大可達(dá)16.3 MPa，結(jié)石體強(qiáng)度高，可滿足帷幕墻體的強(qiáng)度要求。

圖1 檢查孔內(nèi)水泥黏土漿結(jié)石體樣品

4 結(jié) 語(yǔ)

以安徽黃屯硫鐵礦帷幕注漿工程為例，以水泥黏土漿作為主要注漿材料，通過選用合理的注漿施工工藝及技術(shù)參數(shù)，根據(jù)帷幕施工前后的抽水試驗(yàn)成果，初步預(yù)測(cè)帷幕堵水率達(dá)到65%以上，堵水效果明顯。研究表明：水泥黏土漿結(jié)石體抗?jié)B性能及擴(kuò)散性較好，在淺成巖地區(qū)以水泥黏土漿作為主要灌漿材料具有可行性；此外，該型材料造價(jià)低、取材方便，漿液固結(jié)后形成的結(jié)石體抗壓強(qiáng)度高、抗?jié)B性能好，應(yīng)用前景較好。

表4 結(jié)石體樣品物理力學(xué)參數(shù)