矿山帷幕注浆工程科技成果汇编

中关铁矿帷幕注浆工程工作量大、钻孔深、堵水率要求高，施工时间较长。但目前国内外检查矿山帷幕注浆效果的方法和手段不多，现根据检查孔、高密度井间电阻率成像法及有关注浆数据利用多种方法对本工程注浆效果进行分析评价。

一、叠加效应分析法评价

中关铁矿帷幕注浆工程完成注浆孔269个，采用三序施工法，其中Ⅰ序孔61个、Ⅱ序孔86个、Ⅲ序孔122个、检查孔34个、加密孔20个。整体工程划分为11个分部工程，各分部工程中各序孔的注浆叠加效应见表3－4－1。

按注浆的先后顺序对全区各序孔的单位注灰量和单位透水率进行统计，注浆叠加效应见表3－4－2。

表3－4－2叠加效应评价

从上表可以看出，中关铁矿帷幕注浆工程中各序注浆孔间注浆叠加效应明显，说明注浆孔距合理，浆液的搭接效果较好。

二、离散系数分析法评价

矿区石灰岩含水层裂隙岩溶发育不均一，Ⅰ序孔是在原始状态下开始注浆的，其离散性必然较大，随着注浆的不断加密，浆液互相充填，后期注浆的离散系数必将随之越来越小。

式中：δ为离散系数；μ为单位注灰量平均值；σ为标准差。

以各序孔注浆成果表为依据计算不同孔序注浆成果的离散系数，计算结果见表3－4－3。

表3－4－3　各孔序离散性分析

三、频率曲线分析法评价

中关铁矿帷幕注浆工程各分部工程均采用了频率曲线法进行注浆效果的评价，其结果均表明各分部工程的注浆效果好。各分部工程的单位注灰量和单位透水率的频率曲线分析成果见表3－4－4。

中关铁矿帷幕注浆整体工程按各序孔注浆成果表绘制的频率曲线见图3－4－1和图3－4－2。

图3－4－1　单位注灰量频率曲线

整体工程各序孔单位注灰量区间分布见表3－4－5。

表3－4－5　单位注灰量频率曲线

表3－4－3反映帷幕体范围内的石灰岩含水层的裂隙岩溶逐渐被填充，离散系数逐序减小，体现富水性和连通性由不均一逐渐变为较均一的过程。

图3－4－2　单位透水率频率曲线

从上述图表可看出，Ⅰ序孔单位注灰量主要分布在300～3　000kg／m区间；Ⅱ序孔单位注灰量主要分布在100～1　000kg／m区间；Ⅲ序孔单位注灰量主要分布在50～500kg／m区间。

各序孔单位透水率区间分布见表3－4－6。

表3－4－6　单位透水率区间分布统计

从上述图表可以看出，Ⅰ序孔单位透水率（q值）主要分布在0.5～10Lu区间；Ⅱ序孔单位透水率主要分布在小于5Lu区间；Ⅲ序孔单位透水率主要分布在小于1Lu区间。

单位注灰量和单位透水率的分布范围进一步反映了注浆效果良好，见表3－4－7。

表3－4－7　频率曲线分析（单位：%）

四、结石分布评价

钻探施工中在多孔中见到水泥结石（图3－4－3），分布范围较广且在各序孔中均有发现。

图3－4－3　岩芯中的水泥结石

其中，水泥结石分布最广的区段为K41－K100（区段钻孔58个，见水泥结石钻孔21个，钻孔见结石率为36.21%）和K122—K131（区段钻孔10个，见水泥结石钻孔4个，钻孔见结石率为40%）。水泥结石最长的为2.0m（J32），单孔见水泥结石最多为4次（K67）。各孔序的水泥结石分布情况见表3－4－8。

表3－4－8　水泥结石分布统计

从表3－4－8可以看出，在注浆过程中，水泥浆液充实进了岩体的裂隙岩溶中。注浆孔中见水泥结石Ⅲ序孔最多，Ⅱ序孔次之，Ⅰ序孔最少，检查孔和加密孔见结石率高于注浆孔，进一步反映了注浆的叠加效应。Ⅰ序孔有5个见到水泥结石，反映出局部地段浆液的扩散范围较大。

水泥结石曾委托具有检验资质的邢台市科信建设工程检测有限责任公司进行抗压强度测试，抗压强度最大为17.0MPa，最小为9.6MPa，浆液水泥结石的强度满足设计要求。

五、检查孔效果评价

为检查帷幕体厚度及防渗性，工程中共施工检查孔34个。各检查孔的目的与施工情况见表3－4－9。其中布置在可能存在质量隐患地段的9个检查孔（J22、J23、J24、J26、J28、J29、J31、J32、J33）既起到了验证评价结论的目的，又起到了加密孔补强质量的目的。

表3－4－9　中关铁矿帷幕注浆工程检查孔施工情况统计

续表3－4－9

从表3－4－9可以看出，帷幕线两侧检查孔的平均单位透水率为0.29Lu，帷幕线上检查孔的平均单位透水率为0.47Lu，所有检查孔的最大透水率也仅有1.2Lu，小于2Lu，均满足设计要求，达到了检查和补强的目的。(www.xing528.com)

六、帷幕厚度评价

帷幕体厚度是保证幕体堵水率和稳定性的重要参数。为检验帷幕体厚度，在帷幕线两侧5m位置布置了10个检查孔。线两侧检查孔与Ⅰ序注浆孔的注浆结果对比见表3－4－10。

表3－4－10帷幕线两侧检查孔与Ⅰ序注浆孔结果对比

＊注：见表3－4－2中数据。

可以看出，帷幕线两侧的检查孔在富水性和连通性方面远小于Ⅰ序注浆孔：两侧检查孔的平均单位透水率为0.29Lu，帷幕线上检查孔透水率最大为1.20Lu（J24），也小于设计要求的2Lu，证明帷幕有效厚度不小于10m。

七、幕体的防渗性评价

幕体的防渗性是保证帷幕堵水率的重要参数。设计要求帷幕体的渗透系数不大于0.08m／d。为保证堵水效果，施工中要求注浆后钻孔的全孔压水试验单位透水率不大于2Lu。

各类型钻孔注浆后全孔压水试验统计见表3－4－11。

从表3－4－11可以看出，所有注浆孔、检查孔、加密孔的全孔压水试验结果均远小于2Lu，满足设计的帷幕体防渗性要求。

八、帷幕体底部绕渗性评价

（1）为保证帷幕体的整体堵水效果，防止底部绕渗，除K121孔外，其余孔终孔时进入隔水层闪长岩的深度均超过10m。

（2）闪长岩段的岩芯采取率平均为93.7%，而最后5m的采取率达到98.67%，说明闪长岩岩体较完整，裂隙不发育。

（3）在施工中，对部分钻孔的闪长岩段进行了压水试验，闪长岩段与注浆段透水性对比见表3－4－12。

表3－4－12　闪长岩与石灰岩透水性对比

（4）对含闪长岩段的幕底段均按设计进行了注浆。所有注浆孔最后一段的注浆结果见表3－4－13。

表3－4－13　Ⅰ序孔和幕底注浆段单位注灰量对比

综上所述，注浆孔孔深达到设计要求，幕底闪长岩段裂隙岩溶不发育，透水率（包括最下段石灰岩含水层）小，且全部按要求进行了注浆，幕底产生绕渗的可能性小。

九、帷幕体连续性评价

帷幕注浆是典型的隐蔽工程，前面用许多数据分析、研究了本工程注浆效果和幕体的防渗性能，结果表明帷幕体是连续的。本工程又利用井间高密度电阻率成像法进行幕体连续性的检测。

井间高密度电阻率成像法是在两个相邻钻孔间进行跨孔电阻率测试，目的是检查孔间在注浆后浆液扩散是否连续搭接的。测试使用的仪器是西安澳立华公司生产的FlashRes64—61通道、超高密度直流电法勘探反演系统。

本次测试在Ⅲ序孔中进行，现将完成解析的53组测试（合计涉及帷幕线长3　078m）解析成果统计于表3－4－14。

表3－4－14　物探测试解析成果统计

由表3－4－14可以看出，井间高密度电阻率成像法检测解析认为，帷幕体绝大部分区段连续性好，少数区段可能存在注浆质量隐患。

为验证测试的解析成果，在部分测试区段布置了检查孔或加密孔。解析成果的验证见图3－4－4。

图3－4－4　高密度电阻率成像法分析成果

由图3－4－4可以看出，高密度电阻率成像法解析成果经钻孔验证，测试解析正确率达到84.92%，通过注浆资料分析后认为可达到88.69%，说明该测试方法在本矿区是适宜的，其得出的结论可作为质量评价依据。

在测试分析的基础上，通过注浆资料分析、检查孔或加密孔的验证，98.13%的帷幕体连续性良好，有隐患的区段是重点补强地段，经过检查孔和加密孔补强，保证了帷幕体的连续性。

十、矿区地下水和流场评价

为了配合矿坑放水，了解帷幕内外水位变化，检查帷幕的堵水效果，在帷幕线两侧施工了18个观测孔（共9组），成对相应布置在帷幕线两侧20m左右。

施工严格执行设计要求，所有观测孔揭露了含水层的主要裂隙，孔内外地下水连通良好，很好地反映了该位置地下水水位变化情况。

帷幕工程施工完成后，帷幕体内已形成了一个与外界联系较弱的独立的水文地质单元。根据截止于2010年11月的帷幕体内外水位观测情况，对矿区地下水动态评价如下。

（1）帷幕体内外水位差明显，其差值随季节而变化，汛期水头差值较大，枯水期则小。各组观测孔水位差值见表3－4－15。

表3－4－15幕内外观测孔水头差值

（2）帷幕内外水位变幅存在较大差异。由于帷幕体的阻水作用，幕外的水位随雨季的到来上升幅度大于幕内，且一次性的最大上升幅度也表现为幕外大于幕内，见表3－4－16。

表3－4－16　中关铁矿帷幕内外上升幅度统计

表3－4－15和表3－4－16说明：帷幕内外较大的水头差和水位变幅可以证明注浆帷幕具有明显的阻水作用。