中国矿区注浆帷幕截流技术之探讨及运用_高速搅拌机_天天化工网
中国矿区注浆帷幕截流技术之探讨及运用
　　影响农田灌溉面积40100亩,影响农村用水人数3.16万人,毁房26500mZ,河水倒灌造成淹井37起,损失4739万元。　　北方的辽宁复州湾粘土矿和山东莱芜矿区等也发生过岩溶塌陷。　　这既是一个急待解决的水文地质、工程地质问题,又是一个有关工农关系和生态环境的重要社会问题。我国矿山防治水工作者在多年从事矿井注浆堵水工作所积累之丰富经验基础上,借鉴水电部门坝基灌浆防渗技术,大胆提出利用钻孔注浆建造帷幕,堵截矿区地下水流之方法。60年代中期。徐州矿务局青山泉煤矿为挽救受相邻被淹井威胁之三号井,在两井之间过水的薄层灰岩中建造了第一条矿!刀难慕,取得了截流的成功。　　井作演马庄煤矿及枣庄郭东井煤矿也相继用帷幕截流方法成功地防止了天窗渗漏和河床渗漏。这些建在薄层灰岩中的帷幕,深度在2布乙树中国犷区注浆帷幕截流技术的探讨]j]创不大,工期短,投资少,见效快。到了70年代初,水山铅锌矿及长沙矿山探讨院合作,在深部厚层灰岩中采用注浆帷幕截流技术,虽然投资高,工期长,也取得了可喜的成功,效益显著。同时,张马屯铁矿也在深部灰岩中建幕成功。　　此后,煤炭、冶金、、化工等系统不少矿山相继运用帷海截流技术解决各自的防治水问题。由长沙矿山探讨院技术负责的就有铜山岭帷幕、铜录山帷幕和新桥帷幕。经过近30年的实践及发展,中国矿区注浆帷幕截流技术已从实验阶段步入了实用阶段,并已日臻成熟。据不完全统计,近30年来国内已完成矿区截流帷幕15个以L(参见表])。　　矿区注浆帷幕截流技术能大量节省排水用电和经营费用,有显著的经济效益。更可贵的是,还能解决用传统的治水方法所无法解决的水文地质、工程地质问题以及社会环境问题,如天窗渗漏,泉水和地下水源枯竭,疏排引起的地面塌陷等环境灾害,以及由此产生的铁路、公路、厂房、居民点、地表水体的毁坏,河水倒灌而淹没矿井等。如果说矿区帷幕截流的经济效益尚可用金钱来衡是,其社会效益则是金钱所无法计算的。以下就有关矿区江浆帷幕的技术要点加以闸述。　　1帷幕的防渗标准矿区截流帷慕与坝墓防渗帷幕的最大区别,就在于对帷幕防渗漏的要求不同。坝基防渗要求较高,而矿区截流只要达到满足开采要求即可。因此,有时矿区截流帷幕建成后的渗漏觉,比坝基防渗帷幕未建前的天然渗漏量还大。但只要截流帷慕拦住主要地下水通道,矿坑涌水大量减少,也就达到了目的。　　岩层透水性分为七级(表2),坝基防渗帷幕要求的防渗标准较高,钻孔单位吸水量。可按以下规范选择:低坝。中坝。　　高坝。当然,不能用这一标准来要求矿区截流帷幕,更不能设想帷幕会滴水不漏。要求过高,经济上是极不合理的。只要堵截相当-部分地下水,在一定程度上控制地面塌阵。　　避免由此造成的环境灾害,就算达到了建造矿区帷幕的目的。能使矿坑涌水量减少50%,即可得到满意的经济效果。枣庄黄贝帷幕的渗透性达到。一般认为,矿区截流帷幕达此标准即可。　　原苏联露夭矿帷幕的防渗要求是兀<表2岩层透水性分级表透水性分级岩层透水程度钻孔单位吸水星。极弱透水性弱透水性佼弱透水性中等透水性较强透水性强透水性极强透水性<0。　　也有按帷幕的渗漏量要求的。新桥硫铁矿帷幕要求建慕后的地而塌陷控制在突水淹井强排时产生的塌陷规模,故要求帷幕渗漏量应小于淹井排水的最大水量600m/h,矿业研究与开发增刊瓣督征转冈备g链识米栖瓣瞥橄艇半密崛艺长祷张越全荡暴出雨名去物卿孽碟巡仑级坦因份令l轶画都坦率次叹长盈敬护聪长马张.日N翎妇长欢长瓣次貂件长舰暇仪倪N86叫叹关拟狐匆护母冲?的.N。工日煞翎坦书叭暇次犯密书蒸钡ao。　　叫"z。x招毋冲吕郭关碟令髓鹜爹翩日没碉泛璐彗自甲.门p刁盈咤理蝎但裂霜绷训招份因张省挑橄鸽暇次的犯钾长峨云狱粗份冲%的并书磐长急誓盘。挑惬压苗我翻哭黛理期书坦占认程瓣咪叔崛牺。6。　　661".臼。的L6工9。　　9的6洲!。灼。O6叫厥嗽的aO孟.发T那密节-不邻冲珍护珍的工胡酬叭嗽次。　　犯密.?。内书稼枷招婿举仇日l;.的.。z2。门绷澎长欢长的001邸961回岔洲脚日樱O。　　的O.。帅的9"的。96。的"的.的00。　　OO哪8,O"甲。0泌尔启已女!月划1尸,里!门久尸、l门记教窝照出巴坦巴长仑喂叫食甥长诀场嫂二之霉心.t、闷、O匀-矛产乌产碑.司叹0之2忆二.00OC,昆忿军孚。七OC勺,叫J旅北扔哪叮囚的。的O娜。　　9"9洲O。O旧.的2800。军体禅H端橄锌理燕坦凶份仗困户琳的的州"的。O"co?囚囚.寸T)2占1州〕(月/日p/日)(6.5/工)(%)恻璐燕嗬腼际博陶产腼孺耀愉渺属瑞产廊.钦盛嫂裂仪关眼。　　O仍"ON01"的。怕里(的哪)99的"的O仍的。O的"N(0的囚)N旧9。OON们l的限。O的"O亘)0、气,男000哪的工的09寸。的十髻洲坦啊toeN七O《,以勺O,囚(日)(日)哈刁侧张侧野洲琳冬瓣谜瞥喇长里写份笼龟裂聪长份邪图呢冈张炼乌护印淤酬长辉镬今理家钾协线坦越醒长密厦橄典烈瞩长嘿份色写黛肠长备线以喋凶协马张抵母扮渔蝎邢裂宕卿-防长撰写协谨令胜越长演倒峻协找援麟州伸雌趣长噢彩惫洲煌扭赎以关橄瑞份田坦印蜒自翅份汾牢长g欢理彬孚臀每忆橄退以州线遂嵘召阿密血泄日嫦瀚岩姆第2期陈勤树中国矿区注浆帷幕截流技术的研究与运用噢然瓣橄枷囚疑山瞥咙砌份担援侧州申乏。日,.田赢人号笼tI\。已N笼啊长哩暇次对01洲长鹅软耸护毋冲日的.。翎攀长侧樱因鲤野鸳叭日O的己只缨业僵拭日1寸?的囚绷妇长禹氦长瓣次岔咪如杖蜕认次洲叫退誉翻娓板次渭令黛咧书不我次暇OO工湘长韧不扮拼川日。N长众绷妇长瓣次的。96令长鲤嘿燕叭供渔送厦橄鉴次。9咪叔长磐召\。已的.92工丽黛洲\。日的.的8们城蒯长旺-嘴帐咪甥烈濒针的"囚属卞翔溅低睬护卿韧邸珊。?本侧孵持喇凶鲤骑月\。已aO艘赢世0000洲|哪co。洲月\。日囚城咧长伙工洲.囚661的切000的6CO200O洲。的。O01洲厘金裂日樱写勺代属男卞C门、阳洲刀产、书属男本O、勺护9的"N的6。8的。1.19对瞬"N们。O9。009CO。哪9步爪已甘l队动书1尸,顽公泄日仍"的。0O。工!N。O叹二的闪。闪之的。?司d岑?田欢黑州89闪哪哪囚囚00NTOO帅600们洲。囚的"洲O。O价尸白O"6旧。己。哪洲之的。O6旧。哪工"问O。O6囚。9"10。O6洲co。凶"甲帅帅。O的绷6甲"的。工闪洲l幼CO。O的之的(洲。0叫)的.N旧之N(月/。日月/已)(P)tu(日的/工次)叫长任-假缤戴睽拭嘱写姻份书脚翅娓姻田铃蚀研犯壮嵘暖裂识长亘之之丈门之三L之品二唯。工C勺叩勺001"0的洲NNg"的州洲囚O的lj9刁邸侧。甘阅O的工"001亘(tu日)岸裂铡张划哑铡邓g皿胆日招翅瓣瞥000001O劝NON0的哪O的90帅OT0囚的州如忆州周送理椒野琳裂犯积犯长-毓不护叭雳山作搽脚翻窿份野旧裂幂切仲奢旱训椒张侣书嫂写份色镬叭鲤螂蛋厦闺旧裂犯烈喇长嘿令照叭山职作但早最张密板份那棍悠蒸却份田找粼份杖媛马那含州叫佩悔份蠕喝旱琐份州含别长熙我份色黛叭逻抑回御脚照长物厦掇积鉴撅帽叔澳岖骥嗽叹鹤那捧长教写份令黛目颤瓣惫瞥却-形鱿犷业研究与开发增刊帷幕渗漏量与含水层厚度、渗透系数以及帷幕的厚度、渗透系数有关。最简单的计算帷幕渗漏量的方法,是假定建幕后矿坑涌水量的减少,相当于含水层渗透系数与帷幕渗透系数之比:无-无--式中:k;-含水层的渗透系数;k:?帷幕的渗透系数。即透过帷幕的水量,比建幕前透过含水层的水量小。倍。2帷幕结构幕长,指帷幕两端与隔水边界交接处之间的帷幕线长度,由注浆孔的连线构成,一般是直线,亦可呈折线、曲线。幕厚,指垂直帷幕线方向上浆液的有效充填范围。有两种计算方法:(1)按注浆后幕休平均渗透系数计算二旱(Hl-式中:L--帷幕厚度,m,KZ-幕体平均渗透系数,m/d,M-含水层厚度,m,--设计允许的帷幕单宽渗入量,m/dH,幕外地下水位,m;HZ?幕内地下水位,m(2)按帷幕的水头衰减及幕体内允许的水力坡度计算=夕H式中:刀--通过帷幕的水头衰减系数,刀=(I--l,-万:)/H艺--幕内的允许水力坡度;H--总水头高度,m幕深,指帷幕的垂向范围,厚层灰岩中的帷幕深度,大多只到达岩溶不甚发育的相对不透水层为止。但对较大型构造岩溶通道,不论多深均应尽量找到加以封堵。与帷幕结构关系密切的是注浆孔的布设。至今尚无实用的理论分析或数学计算方法来确定孔距,只靠工程类比或现场注浆试验来定。从表1所列数据可以看出,在以岩溶为主的岩层中建幕,一般布单排孔,孔距10-15m,在强径流带可再设-排孔。对以裂隙为主的岩层中建幕,一般设单排孔,孔距取510m.在帷幕线上构造、岩溶的发育程度很不均匀,故通常所用的均匀布孔方式并不合理。应借助钻探、物探资料指导布孔,变均匀布孔为有的放矢的不等距布孔。长沙矿山研究院于1972年开始研究将物探技术用于注浆工程。1975年在WT-1型无线电波透视仪用于水山帷幕岩溶探测,年用于张马屯帷幕检查注浆效果。年在城门山铜矿使用KWT-r型无线电波透视仪探测岩溶。年还将DHH-1型电火花声波第2只陈勤树找国7丁区注浆l)石却戈而技术的侧万已与吐川仪运用于水山帷幕和铜山岭帷幕,取得了一定效果。理想的帷幕应是既安全又经济合理。目前尚缺乏可靠的科学方法,用传统习惯的方法加上经验判断,往往是达不到理想境界的,应根据不同部位的不同地质条件设计布孔。因此,理想帷幕的外形应该是,在垂向上深浅参差,在幕线上疏密有致,在宽度上厚薄不均,甚至在三维空间上都可能是断断续续的。3注浆孔的施工注浆孔是向含水层注浆的人为通道,钻孔质量与注浆效果密切相关。钻进本身不是目的,只是实现注浆截流的手段,所以钻进质量必须符合注浆技术要求,不能盲目追求进度而忽视质量。帷幕注浆钻孔一般较深,通常用回转式地质钻机施工。近来国外已大量将较重型的潜孔钻机用于帷幕工程,大大提高j-钻进效率。表3列出了几个矿区截流帷幕的钻进工程量情况,从中可见,在帷幕工程中,钻进所占工时达60%80%,钻进所占费用为40%-50%,因此,减少钻进工作量具有重要意义。厚层灰岩中含水层埋藏深,覆盖层中的无效钻进工程量大。为减少无效进尺可来取两个方法。一是利用钻孔定向导斜技术,在主孔内含水层之上某一位置,以小-级孔径按设计的方位分导出一个至数个分支孔。水山帷幕中共钻进导斜孔47个,节约了无效钻进940另-方法是在建幕后期于井下适当位置沿帷幕走向掘进注浆巷道,从巷道打钻孔揭露含水层,地面造浆站所制浆液经输浆钻孔流入井下注浆巷道的注浆孔。水山帷慕即用这种地面-井下联合注浆的工艺减少了大量无效钻进。水电部门的防渗帷幕深度超过10om时,一般也在岩体中开挖隧洞分层施工。帷幕深度较大,容易发生钻孔偏斜,影响帷幕的连续性。因此,对钻孔的垂直度要求较严。张马屯帷幕的钻孔防偏经验是,把好安装关、开孔关、换径关,使用防斜器具,如针状合金钻头,钻挺加压和扶正器等。在岩石换层和遇破碎带时要降速,减压,经常测斜。表3矿区截流帷幕钻进工程最表钻进工程嗽(乞n)钻进占总工明的1匕仁J(%)个占进占总投资的比例(%)31、二71。9仑331吕,95288;、3贝99。4工。已0。43。少找685O甲-刁,j户O盯别巧然的论别侧87水均铅车辛万-张马屯铁万黑旺铁开焦作演马庄煤矿枣庄黄贝煤犷峰峰催岭庄煤矿大冶铜录山祝矿新汉协庄煤犷铜山岭有色矿广忆刃允与川几发增刊4造浆与注浆系统帷幕工程规模大,过去那种单机独立作业的生产方式已不能适应需要。帷幕施工时多数建立集中造浆系统,风动卸料式散装水泥车运料,钢结构(2030t)贮料,罐下设震动给料斗,,水泥称量斗等。自制立轴叶浆式,转速70-80r/min,吉林水工机械厂生产钧转速可达soor/min,而国外多使用高速搅拌机,转速。不仅效率高(15305搅-桶),且浆液质量好(稳定性、渗入性),是发展的方向。-长办科学院研制的GZJ-200型搅拌机转速达144or/min,容量200L.这种风动造浆系统效率高(造浆能力。粉尘小,节省人力,劳动强度低。此外,张马屯帷幕和黑旺帷幕使用喷射式搅拌机,制浆量大(10om/h),简单可靠,但配料比例欠准确。注浆泵,矿区帷幕注浆多用代用泵,如。等型号的泥浆泵,C-232(100八5)型砂浆泵,LB400xZ型螺杆泵。张马屯帷慕、黑旺帷慕用的是SNC-H300型水泥注浆泵。另外,也可用YSB-250/120型液压调速注浆泵。水山帷幕施工中,经压力计算后,大胆采用自流注浆的工艺,也取得了好的截流效果。自流注浆的实质是,利用造浆站与注浆孔的地形高差,形成浆液流动动力,加上钻孔中浆柱自重产生的压力,使浆液在含水岩溶裂隙中渗透扩散,达到堵水的目的。有人怀疑,自流注浆的压力能否满足工程要求,这是不必要的担心。水山帷慕地下水位埋深200m左右,孔内浆柱自重可产生2.535MPa压力,而注浆段底板的静水压力仅0.20.3MPa.另有人担心浆柱自重能否稳定溶洞充填物。室内试验表明,溶洞充填物在0.2MPa压力下即可失水,处手稳定状态。可见,在有条件时采用自流注浆可以满足堵水和稳定溶洞泥的要求,简化了注浆工艺,又不受注浆泵的流量限制和故障影响,且有利于大溶洞充填注浆时掺用大量不同粒径的骨料,是一种快速、简捷、低耗的工艺。国外造浆、注浆过程已实现自动化控制,国内差距尚大。长沙矿山研究院在铜录山帷幕施工中研究使用与计算机联网,自动打印出注浆孔号,注浆日期,水泥用量,尾砂用量,浆液消耗量,注浆压力等数据,应用计算机整理、打印注浆资料,还研究出了控制注浆过程压力与流量的单板机,迈出了可喜的第一步。5注浆参数5.1注浆压力注浆压力是决定注浆效果的主要因素之一。如何确定压力,国内外没有统-的准则,多据经验公式。一般经验表明,按1.5-2倍静水压力来确定注浆终压足以满足工程需要。北方岩溶发育稍差的张马屯帷幕使用较高的压力(2倍静水压力),取得了较好的注浆效果。南方的岩溶发育程度高,不宜采用过高的注浆压力。5。2桨液初始浓度注浆用的水泥浆通常很稀,而水泥水化所需水量仅为水泥重量的25%左右。浆液进入裂隙后多余的水量必须充分排除,否则将留下导水空隙。一般来说,浆液中的多余水分在注第2期陈勤树伐因矿区注浆帷幕截流技术的研究与应川浆过程中都能排除。至于排水机制,注浆界说法不-。一种是滤水说,另一种是沉积说,前者倾向于浓浆、高压,后者认为稀浆、中压也可达到注浆目的。还有一种介乎二者之间的混合说。坝基防渗帷幕灌浆中使用从8:1到0.5:1九个比级的浓度,逐级加浓。表4可为选用初始浓度所用。澳大利亚注浆专家A.C霍尔斯贝(Houlsby)不赞成用稀浆,主张使用。三种水灰比的浆液。国外已出现了用浓浆灌注的趋势。如洪都拉斯高洪坝水泥浆浓度为0。47:1,泰国高兰坝为1.33:1,阿根廷里约格兰德坝为2:1-0.66:1.同时二出现了高稳定性浓浆,水灰比为0.4-0.47,膨润土为水泥用量的1%-3%,减水剂o%1.5%,其中水泥还可用粉煤灰取代-部分,但不得超过1/3.水泥浆流动过程中会出现离析现象,而矿渣、火山灰的比重小,又暂无活性,会被带得更远,集中沉积,凝结慢,强度低,甚至不凝,注浆中常见这种现象。可见火山灰、矿渣掺量大的水泥不宜用于稀浆。笔者根据工程实践的体会,不主张用稀浆,主张按表5选用注浆材料和初始水灰比。表4初始桨液选择表表5浆液选用表。(L/minmm)笨液、水泥:砂配比。)(L/minmm)浆液种类初始水灰比。不注浆或孔内爆破乡琶水泥浆速凝水泥浆水泥骨料浆。注桨结束标准用于截流帷幕的注浆材料应有以下要求:制成的浆液易于流动;稳定性好,不易离析;胶结性强,结石体有一定的力学强度;且能抵抗地下水的长期侵蚀。当然,从经济上考虑,应是源丰价廉,储运方便的材料。表6列出了国内几条矿区帷幕所使用的材料,大多以水泥为主,但也有其他材料,都能满足工程要求。水泥虽较便宜,但用量大时成本就相当可观。一般注浆工程中材料费占总投资的30%-50%,应寻找更为廉价的材料。从堵水防渗角度考虑,粉煤灰、研石土、粘土,特别是膨润土,都具有一定胶结性质,均可作为注浆材料,原苏联的综合注浆法中使用的触变泥浆就是以粘土为主的。匈牙利使用以膨润土为主要的注浆材料。埃及阿斯旺水坝许多地段的防渗帷幕使用粘土浆。南斯拉夫等国坝基帷幕注浆中也掺用70%的粘土。从表6可知,国内帷幕注浆中也有用黄土(演马庄帷幕)、粘土(青山泉帷幕)、研石土(黄贝井帷幕)取代水泥的。为了充填大型溶洞、裂隙,常在水泥浆中掺惰性骨料节省水泥。水山帷幕选用尾矿粉作骨料,铜山岭帷幕注浆时尾矿粉掺量有时高达水泥的23倍。南非注浆时也掺尾矿粉,据说可使成本降低44%。新汉协庄帷幕,盗岭庄帷幕,新桥硫铁矿帷幕试验工程中都掺用了大量砂、石,降低了材料费用。笔者认为,类似截流帷幕这样的大规模工程,在材料应用上不应保守。在满足堵水防漏广业研岁乙与开火劝刊表6矿区截流帷幕灌浆材料表师:幕水泥粘土黄土研石土尾犷粉砂灰锯末稻草水玻璃材料费占总么称(t)(m3)(二。纸)(kg)(t)投资比例(%)青山泉煤刃,貂9G.97凌0.7演马庄煤石-109弓20519六器72此2725水山错锌了护艺3129.尽C3二任142.5736.7枣庄黄贝煤矿1侧72劝。仆甘3界。7协庄煤犷3吓乏并3昭约年为止张马屯铁存-108。廷,c了俘2黑旺铁犷淡岭庄煤矿2206.65:、.沁;了了.佗工洲1年为止铜录山铜矿IG1693升;为踌3川49。8节山岭有色叮-汗选66创况37要求的条件下,尽量使用源丰价廉的材料,最好结合当地条件,就地取材,以经济实用为准则,不应照搬别处的作法。6矿区注浆帷幕适用的条件使用矿区注浆帷幕截流地下水,可以取得显著的经济效益和社会效益。但是,这种技术方法的堵水效果好坏乃至成功与否,严格受客观条件所制约的。因而,在确定帷幕裁流方案时必须采取慎重的态度。使用矿区帷幕截流方法,应具备如下墓木条件。6.1优越的矿产资源条件(1)矿床储量丰富,矿山生产年限长,矿物开采价值较高;(2)矿体赋存集中而不分散,帷幕工程矗不致过大。6.2适宜的水文地质、工程地质条件(l)矿区涌水量大,疏干时排水费用过高;(2)用疏干排水方法会引起河床渗漏,威胁矿山安全生产,或引起矿区周围城镇、乡村地下水源枯竭的岩溶矿床;(3)用疏干排水方法会引起地面塌陷等环境灾害,而塌岸i区内的铁、公路,河流,厂房,居民点无法迁移或无力迁移的岩溶矿床;(4)在帷幕两端和底部均有稳定、可靠的不透水边界,可以是隔水层,阻水断层,火成岩体,或者是岩溶不发育、弱发育的相对隔水带。在厚层灰岩中建-炸,底部不透水岩层往往很深,但灰岩受侵蚀的深度一般受某一基准面所控制,通常是附近的海平面,较深的河谷、峪谷、坡立谷或大型洼地的最低部。在最低地下水位之下不远,一般不再有大的岩溶通道。水山帷幕的强含水带分布在-加m至-10Om标高,据15个深孔勘探,在-15om标高以下未发现富水段。新桥硫铁矿东翼在-150m标高以下岩溶弱发育。铜录山帷幕岩溶也只发育在-loom标高以上。这类帷幕多建成悬挂式。讹2勿(5)(6)〕匀树火!.戈i二介附振袱J;J文小的1流:川币几砧留r喇,冲弓-:润,-阅,n,护,日.r目,琶仁二.甲.自心户叫,气哪月户尹叨.U,月冲尹,.闷.-凡暇钾七,映w护-J丫、涛.尸比寸.一.仁叨.通甲,矿区地下水有明显的主补给方向,进水断面不宽,有利于缩短幕线。存在强径流带。宕溶发育的程度和方向,往往受构造断裂所控制,如新桥犷的Fc断层,岩溶率。是地下水的强径流带。这一点对帷幕的成败至关重要。事先查明强径流带的位置,可大大节省工程量,如黄贝井帷幕原设计800nl长,后发现明显过水段只有400二,大大节省了工程量。6.3必须进行专门的地质勘察和注浆试验帷幕工程量大,投资高,工期长,且建幕地段多靠近矿区外围勘探与研究程度较低的地段。因此,必须开展专门的工程地质勘察,查明帷幕隔水边界的确切位置,帷幕地段含水层中构造破碎带和岩溶裂隙的发育、充填、分布情况,含水层的渗透性、地下水位、流向、流速、水温、水质等情况。各地区的地质条件千差万别,施艺不-样,对帷幕的技术要求也不尽相同。故同类工程的经验只能参考,不宜直接搬用。为使帷幕的设计、施工更加切合实际情祝,还要在建幕地段先期进行可行性研究即注浆试验。通过注浆试验评价地层的可注性;了解注浆后透水性可减少的程度;验证设计中拟采用的注浆方法、注浆材料、注浆工艺的有效可靠性;确定适宜的注浆技术参数,如孔距,注浆终压,注浆段高,浆液初始浓度,注浆结束标准等;选定注浆模料包括掺合的骨料;根据注浆试验中的单位耗灰量大致估算注浆工程量和材料用量,供编制设计概算所用。7结束语与世界上的其他国家相比,我国岩溶类矿床在分布的广度,问题的多样性,涌水量的大小,突水危害的程度等方面,均是最复杂的。我国的矿山防治水工作者大胆创造了矿区注浆帷幕截流技术,在不到30年的时间内,据不完全的统计,完成了十五条矿区截流帷幕。从煤矿发展到金属犷,化工矿山;从薄层灰岩中。浅截帷幕,发展到在深部厚层灰岩中建幕;从借鉴水电部门坝基防渗帷幕技术和井巷注浆堵水技术,发展到形成独具特色的矿区注浆帷幕截流技术,如利用物探技术指导布孔、检查效果,大量使用粘土、尾矿粉、砂石等灌注材料,集中造浆系统的机械化水平,应用定向导斜钻迸技术、地面-井下联合施艺和孔内爆破技术减少钻进工程量,以及帷幕注浆参数的合理选择等,积累了丰富的经验,形成了-整套成热、实用的技术方法。可以说,矿区注浆帷幕截流技术的产生与发展,把我国乃至世界的大水矿床的防治水技术,提高到了一个新的水平。国外的矿区截流帷幕,多为第四系表土层中的浅截帷幕,且大部分是用钻铣法或铲挖法施工地下防渗墙。表7列出了几个国外用注浆法建造的矿区截流帷幕的简况,均属浅截帷幕范畴,与我国的大量矿区帷幕相比,自不可同日而语。可以说,从矿区帷幕的应用范围,帷幕的深度,帷幕的规模,以及所获得的巨大经济效益、社会效益等方面来衡量,我国的矿区注浆帷慕截流技术均处于世界上的领先地位。目前,矿区注浆帷幕截流技术业已引起广大矿山防治水工作者的极大兴趣。越来越多的大水矿山已经来用或准各采用该项技术治理矿区地下水。随着改革开放的深入,国家建设的蓬勃发展,矿区注浆帷草截流技术必将得到进一步的推广与提高,取得更大的经济效益与社会效益,更好地为企业、为社会、为人类造福。18。匕研歹门:开J二哟刊表了国外矿区注浆帷幕实例简况名和帷幕要素(m)孔距注浆材料截流效果长厚深(m)压力截流岩层(MPa)安呀连斯克露天煤彩3。斯托林露天失仃.5-0砂层以酸以树脂十斯捷普那雅煤3OC拓-8。2-2.5透水煤层粘土浆,10%12%水泥、1%-1.5%水波璃,31二m31。卵石层水泥,高岭土。固砂半径0.60.8m,幕体完整煤层透水性减弱l/3罗希亚露大煤不良好。产5MINESC儿e,2Qi刀s为。　　本文作者 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]　　灌浆技术是利用压力将能固结的浆液通过钻孔注入岩土孔隙或建筑物的裂隙中，使其物理力学性能改善的一种方法。 　　一、灌浆分类 　　1.按照灌浆的作用来划分 （1）固结灌浆；（2）帷幕灌浆；（3）接触灌浆。 　　2.按照基础的构成来划分 （1）砂砾石灌浆；（2）岩石灌浆。 　　3.按照灌浆材料来划分 （1）水泥灌浆；（2）水泥粘土灌浆；（3）化学灌浆。 　　4.按照使用的压力来划分 （1）常压灌浆；（2）高压灌浆。 　　5.按照灌浆工艺所依据的理论来划分（1）渗入性灌浆；（2）劈裂灌浆；（3）压密灌浆 　　还有其他不同的分类方法，如常见到的有充填灌浆、裂缝灌浆、应急灌浆、纠偏灌浆、界面灌浆等等。 　　二、灌浆材料 　　 　　用于堤防工程的灌浆技术，是在灌浆压力作用下，浆液克服各种阻力而渗入孔隙和裂隙，压力越大，吸浆量及浆液扩散距离就大，因此又称渗入性灌浆。这种灌浆是在地层结构不被破坏的条件下渗入地层，因而浆液的颗粒尺寸必须小于土的孔隙尺寸，也就是说，浆液必须满足地层的可灌性条件，因此浆材的选用尤为重要。 　　适合于堤防灌浆的材料主要有以下几种： 　　1.水泥浆 水泥浆是由水泥和水混合经搅拌而制成的浆液.为了改进浆液性能，有时需要在浆中加入少量的添加剂。 　　 　　水泥浆液具有来源丰富，价格便宜，浆液结石体抗压强度高、抗渗性能好、工艺设备简单、操作方便等优点，但是水泥浆液是一种颗粒状的悬浮材料，受到水泥颗粒粒径的限制，通常用于粗砂层的加固。 　　2.粘土浆 粘土浆是粘土的微小颗粒在水中分散，并与水混合形成的半胶体悬浮液。选择灌浆用的粘土，一般有如下几个要求： 　　塑性指数> 17； 　　粘粒（粒径小于0.005mm）含量不小于40％～50％； 　　粉粒（粒径0.005～0.05mm）含量一般不多于45％～50％； 　　含砂量（0.05～0.25mm）不大于5％。 　　粘土浆的结石强度和粘结力都比较低，抗渗压和冲蚀的能力很弱，故仅在低水头的防渗工程上才考虑采用纯粘土浆灌浆。 　　在粘土浆液中，加入水玻璃溶液，可配制成粘土水玻璃浆液，水玻璃加量为粘土浆的10％— 　　15％，浆液的凝结时间可缩短为几十秒至几十分，固结体渗透系数为10-5～10-6cm/s。 　　3.水泥粘土浆 水泥粘土浆是由水泥和粘土两种基本材料相混合所构成的浆液。水泥和粘土混合可以互相弥补缺点，构成性能较好的灌浆浆液。 　　水泥粘土浆液较单液水泥类浆液成本低，流动性、抗渗性好，结石率高，目前大坝的砂砾石基础的防渗灌浆帷幕，几乎都是采用水泥粘土浆灌注的。 　　4.水泥— 水玻璃浆液 水泥— 水玻璃浆液是以水泥和水玻璃溶液组成的一种灌浆材料。它克服了水泥浆液凝结时间过长的缺点，水泥— 　　水玻璃浆液的胶凝时间可以缩短到几十分钟，甚至数秒钟。可灌性比纯水泥浆也有所提高，尤其适合在动水状态下粗砂层地基的防渗加固处理。 　　5.水泥砂浆 在对较大缺陷的部位灌浆时，可采用水泥砂浆灌浆，一般要求砂的粒径不大于1.0mm,砂的细度模数不大于2。 　　 　　在水泥砂浆中加入粘土，组成水泥粘土砂浆，水泥起固结强度作用，粘土起促进浆液的稳定作用，砂起填充空洞的作用。水泥粘土砂浆适用于静水头压力较大情况下的较大缺陷，大洞穴的充填灌浆。 　　6.水玻璃类浆液 水玻璃类浆液是由水玻璃溶液和相应的胶凝剂组成。灌入地层后，经过化学反应生成硅酸凝胶，在土（砂）的孔隙中充填，达到固结和防渗堵漏的目的。 　　水玻璃浆液的粘度小，流动性好，在用水泥浆或粘土水泥浆难于处理的细砂层和粉砂层地基，可使用水玻璃浆液。 　　在堤防基础的加固及防渗处理施工中，浆液的可灌性是决定灌浆效果的最重要参数 　　堤基灌浆可以用下式评价其可灌性： 　　M=D15/d85
(5-1) 　　式中：M为灌入比；D15为受灌地层中15％的颗粒小于该粒径(mm)；d85为灌注材料中85％的颗粒小于该粒径(mm)。 　　M> 15可灌注水泥浆；M > 10可灌注水泥粘土浆。如可灌性不好，可采用水玻璃类浆液灌浆。几种灌浆材料的主要特点见表5— 2 　　表5— 2 几种灌浆材料的主要特点 　　名称主要特点适用范围备注 　　水泥浆施工简单、方便；浆液凝结时间较长粗砂地基的防渗加固可灌性差 　　粘土浆材料来源广，价廉；强度低堤身的防渗加固　 　　水泥粘土浆价格低，使用方便。粗砂地基的防渗加固可灌性比水泥浆好 　　水泥— 水玻璃浆液施工要求高，浆液凝结时间短，且容易调节动水状态下粗砂地基的防渗加固在特殊情况下使用 　　水泥砂浆强度高，价格便宜，但施工要求较高。较大缺陷的充填加固和防渗处理易沉淀，可灌性差，在特殊情况下使用。 　　水玻璃浆液浆液粘度与水接近，可灌性好，但价格较高。细砂层和粉砂层地基的防渗加固在水泥等颗粒状浆液满足不了可灌性要求时采用 　　 　　上述几种材料中，除水玻璃浆液外，价格都比较低，水玻璃浆液的价格比其它浆液的价格要高一些，工程多采用水泥浆和水泥粘土浆。对一些非均质的粉砂土地基还可以采用水泥和水玻璃浆液分别灌注的方法，达到复合加固的目的。 　　 　　水泥浆液只能灌入粗砂层，而对颗粒细、孔隙小、工程特征欠佳的粉砂土地基，水泥灌浆只能进入地基土体结构受到破坏而形成的空洞或裂缝中，起不到防渗灌浆的作用，难以提高地基的抗渗性能。而水玻璃浆液可以进入细砂层和细砂层的孔隙。 　　 　　采用复合灌浆方法，可取长补短，先用水泥灌浆处理，使水泥浆液先行填充地基土体中大小不一的孔洞和裂隙，经48小时的沉淀和固化，然后对同一孔进行清孔，再灌注水玻璃浆液(如酸性水玻璃浆液)。这样既可以充分发挥水泥浆液强度高的特点，又可以充分利用水玻璃浆液的优点，提高注浆的效果。这种复合灌浆的方法，已在江苏丰县废黄河畔的范楼闸应用，粉砂土的渗透系数由2.7-4.7×10-4cm/s降至1.3×10-7cm/s以下。 　　三、灌浆工艺 　　（一）灌浆加固工艺 　　 　　1.灌浆孔的布设。加固灌浆孔的布设常用方格形、梅花形和六角形，见图5－1。方格形的主要优点是便于补加灌浆孔，在复杂的地区宜采用这种方法，而梅花形和六角形布孔的主要缺点是不便于补加灌浆孔，预计灌浆后不需补加孔的地基多采用这种形式。 　　2.钻孔。钻孔可采用机钻、锥钻、打管等各种成孔方法。 　　3.灌浆施工技术要点 　　（1）采用“围、挤、压”的原则，就是先将灌浆区圈围住，再在中间插孔灌浆挤密，最后逐序压实，这样易于保证灌浆质量。最好采用分序灌浆的办法。图5－1 　　灌浆孔布置图 　　（2）在可能的情况下，以采用较大的压力为好。 　　（3）灌浆开始时，以稀浆开始，采用逐步加稠的方法。 　　（二） 帷幕灌浆工艺 　　灌浆技术除作为加固地基外，也适合堤防工程透水地基的防渗处理，构筑防渗帷幕。 　　1.帷幕的设置 　　（1）帷幕的位置 　　堤防基础的灌浆帷幕应与堤防防渗体（多由粘土一类的不透水材料所构成）相连，因此帷幕宜设在堤防临水侧铺盖下或临水坡脚下，见图5—2 　　（2）帷幕的形式 　　1）均厚式帷幕 帷幕各排孔的深度均相同。称为均厚式帷幕。在砂砾石层厚度不大，灌浆帷幕不甚深的情况下，一般多采用这种形式。 　　2）阶梯式帷幕 　　在深厚的砂砾石层中，因为渗流坡降随砂砾石层的加深（即随帷幕的加深）而逐渐减小，故设置深帷幕时，多采用上??数多；幕窄的部位，灌浆孔的排数少。图5—2 　　灌浆帷幕位置示意图 　　（3）帷幕的深度和厚度 　　 　　一般情况下，帷幕深度宜穿过砂砾石层达到基岩，这样可以起到全部封闭渗流通道的作用。帷幕的厚度（T）主要是根据幕体内的允许坡降值来确定的。但可按下式作初步估算： 　　T=H/J
（5-2） 　　式中 H为最大作用水头，m；J为帷幕的容许比降，对一般粘土浆可采用J≤3～4。 　　对于砂砾石厚度较浅，一般设置1～2排灌浆孔即可，对基础承受的水头超过25～30m时，帷幕的组成才设置2～3排。 　　 　　灌浆孔距主要决定于地层的渗透性、灌浆压力、灌浆材料等有关因素，一般要通过试验确定，通常孔距为2～4m。如果在灌浆施工过程中，发现浆液扩散范围不足，则可采用缩小孔距，加密钻孔的办法来补救。 　　2.帷幕灌浆方法 　　钻孔灌浆方法主要有打花管灌浆法、套管护壁法、循环钻灌法和袖阀管法。 　　（1）打花管灌浆法 　　首先在地层中打入一下部带尖头的花管，然后冲洗进入管中的砂土，最后自下而上分段拨管灌浆。见图5—3。此法比较简单，但遇卵石及块石时打管很困难，故只适用于较浅的砂土层。 　　（2）套管护壁法 套管护壁法的施工见图5— 　　4所示，边钻孔边打入护壁套管，直至预定的灌浆深度（a），接着下入灌浆管（b），然后拔套管灌注第一灌浆段（c），再用同法灌注第二段（d）及其余各段，直至孔顶。 　　（3）循环钻灌法 　　如图5—5，这种方法仅在地表埋设护壁管，而无需在孔中打入套管，自上而下钻完一段灌注一段，直至预定深度为止，钻孔时需用泥浆固壁或较稀的浆液固壁。如砂砾层表面有粘性土复盖，护壁管可埋设在土层中（a），如无粘土层则埋设在砂砾石层中（b）。图5—3 　　打花管灌浆法 　　图5－4 套管护壁灌浆法 　　 　　图5—5 循环钻灌法图5— 6 袖阀管法施工程序 　　（4）袖阀管法 　　袖阀管法的施工可分四个步骤，见图5—6。钻孔 用优质泥浆（如膨润土）固壁，不用套管护壁（a）；插入袖阀管 　　为使套壳料的厚度均匀，应设法使袖阀管位于钻孔的中心（b）；浇注套壳料 　　用套壳料置换孔内泥浆（c）；套壳料的作用是封闭袖阀管与钻孔壁之间的环状空间，防止灌浆时浆液流窜，套壳在规定的灌浆段范围内受到破碎而开环，逼使灌浆浆液在一个灌浆段范围内进入地层。灌浆待套壳料只有一定强度后，在袖阀管内放入带双塞的灌浆管进行灌浆（d）。 　　 　　灌浆方法的选用主要取决于施工队伍的经验和技术熟练程度，其中打花管法灌浆最为简单，袖阀管法比较复杂一些，但施工质量较高。袖阀管法可根据需要灌注任何一个灌浆段，还可以进行重复灌浆。而且可使用较高的灌浆压力，冒浆和串浆的可能性小。 　　 　　在砂砾石层灌浆中，对灌浆压力的确定，目前还缺乏统一的、比较准确的计算灌浆压力的公式。灌浆初期，也可先凭经验预估的压力灌浆，然后根据吸浆情况以及对地表的观察，视有无冒浆或抬动变形情况，再做压力调整。 　　 　　灌浆的施工机具比较简单，可采用专用灌浆泵，也可以自行用普通的泥浆泵加设一个简单的搅拌器组成。对进浆量较小的粉砂层灌浆，也可以采用简单的手压注浆泵或隔膜泵来代替。 　　（三）灌浆效果检查 　　灌浆法作为地基加固和地基防渗处理，灌浆效果的检查还没有比较合适的标准，但一般常用下列几个方法判断。 　　1.浆液的灌入量 同一地区堤防地基的差异不是很大，可以根据各孔段的单位灌入量来衡量。 　　2.压水试验 设检查孔做压水试验，以单位吸水量值表示幕体的渗透性。 　　四、堤身劈裂灌浆 　　 　　劈裂灌浆是利用堤身的最小主应力面和堤轴线方向一致的规律，以土体水力劈裂原理，沿堤轴线布孔，在灌浆压力下，以适宜的浆液为能量载体，有控制地劈裂堤身，在堤身形成密实、竖直、连续、一定厚度的浆液防渗固结体，同时与浆脉连通的所有裂缝、洞穴等隐患均可被浆液充填密实。适应于处理堤身浸润线出溢点过高、有散浸现象、裂缝（不包括滑坡裂缝）、各种洞穴。 　　堤身劈裂灌浆防渗处理，多采用单排布孔。孔距5～10m。在弯曲堤段应适当缩小孔距。 　　劈裂灌浆和锥探充填灌浆浆液多采用土料浆，参见表5－3、5－4。根据不同的需要可掺入水泥、各种外加剂。 　　表5－3 浆土料选择表 　　项目劈裂灌浆充填灌浆 　　塑性指数（%） 　　粘粒含量（%） 　　粉粒含量（%） 　　砂粒含量（%） 　　有机值含量（%） 　　可溶盐含量（%）8～15 　　20～30 　　30～50 　　10～30 　　＜2 　　＜810～25 　　20～45 　　40～70 　　＜10 　　＜2 　　＜8 　　 　　灌浆孔口压力以产生沿堤线方向脉状扩散形成一连续的防渗体，但又不得产生有害的水平脉状扩散和变形为准，需要现场灌浆试验或施工前期确定。堤防灌浆口压力多在0.1～1MPa间。 　　 　　堤身劈裂灌浆应“少灌多次”，分序灌浆，推迟坝面裂缝的出现和控制裂缝的开度在3cm之内，并在灌后能基本闭合。每孔灌浆次数应在5次以上，每次灌浆量控制在每米0.5～1m3之间。形成的脉状泥墙厚度应在5～20cm之间。一年后脉状泥墙的容重应大于14kN/m3，一般可达15～17 　　N/m3，水平向渗透系数达10-6～10-8cm/s。 　　 　　考虑到堤身应力，劈裂灌浆应在不挡水的枯水期进行，同时应核算灌浆期堤坡的稳定性，进行堤身变形、裂缝等观测，以策安全。对于较宽的堤防，也应核算堤身应力分布，避免贯穿性横缝产生。 　　表5－4 浆浆液物理力学性能表 　　项目劈裂灌浆充填灌浆 　　容重（kN/m3） 　　粘度（s） 　　稳定性（g/cm3） 　　胶体率（%） 　　失水量（cm3/30min）13～16 　　20～70 　　0.1～0.15 　　＞70 　　10～3013～16 　　30～100 　　＜0.1 　　＞80 　　10～30 　　 　　劈裂灌浆钻孔均是一次成孔。在冲击钻进中一般采用取土钻头干钻钻进或冲击锤头锥击钻进。在回转钻进中最好采用泥浆循环钻进，特别是在一些较重要的水利工程堤坝施工中，应合理选用冲洗液循环钻进，采用清水钻进时，应依据堤坝的土质条件、渗透程度来慎重选用。钻孔孔径可小到Φ25mm，一般孔径在Φ60-Φ130mm之间。所有灌浆钻孔均需埋设孔口管，使顶部灌浆压力由孔口管承担，可施加较大的灌浆压力，促使浆液析水固结，有利于提高浆液的固结速率和浆体结石的密实度。 　　 　　灌浆压力是劈裂式灌浆施工中的一个重要参数。应注意掌握：起始劈裂压力、裂缝的扩展压力、最大控制灌浆压力。灌浆压力的大小不仅与灌浆范围大小、水文工程地质条件等因素有关，而且还与地层的附加荷载及灌浆深度有关，所以不能用一个公式准确地表达出来，应根据不同情况通过经验和灌浆试验确定。 　　灌浆过程中，对冒浆、串浆、隆起等一些特殊情况做好相应的处理。必须做好灌浆结束后的封孔工作。 　　灌浆效果检查有：标准贯入试验、弹性波法、现场透水试验、现场载荷试验等。 　　}