论文部分内容阅读
摘 要：運用矿山地表预注浆技术，可有效地解决矿产资源因松散围岩体或地下涌水量过大而无法开发利用的困境，结合矿山的条件特点，设计出一套与矿山条件特点相适应的设计及施工方案，对矿产资源的开发利用，有至关重要的意义。
关键词：地表预注浆；问题分析；矿产资源；
【分类号】：TD265.4
0 引 言
我国地大物博，矿产资源丰富，种类繁多，合理利用好各种矿产资源，对社会和国民经济具有重要意义。
1 地表预注浆参数设计
（1）注浆压力P的设计
注浆压力是注浆施工的主要技术参数，注浆压力对浆液的扩散范围，岩层裂隙充填的密实程度及注浆效果的好坏起着决定性的作用。对于地表预注浆工程，必须有足够的注浆压力克服静水压力和地层阻力，才能达到注浆的目的。注浆压力一般按以下方法确定：
（A）公式法
P=KH
式中：
P——注浆压力，MPa；
K——压力系数，K=0.02～0.03MPa/m，浅层（<200m）取小值，深层（>500m）取大值；
H——注浆深度，m。
（B）经验法
根据《注浆技术规程》要求，注浆压力一般取静水压力的1.6～3.0倍。
（2）帷幕墙厚度T的设计
帷幕墙的厚度主要是根据矿山的地质条件、帷幕墙所能承受的水力坡度、幕体本身的密实性和稳定性及注浆材料所能容许的渗透比降和帷幕所承受的最大水头而综合考虑的。如果帷幕墙的厚度太薄，不能承受住深部地下水的水压力，帷幕墙则会出现“封堵不严、加固不牢”等问题；如果帷幕墙的厚度太厚，则费时费工费料，因此，帷幕墙的厚度设计原则需满足经济合理、牢固可靠。帷幕墙的厚度计算主要有以下公式：
公式一： T=H/ J0
式中：
T——帷幕厚度；
H——可能出现的最大水头；
J0——注浆材料容许的渗透比降；
公式二： T=δ*H/ Ia
式中：
T——帷幕厚度；
H——水头（m）；
δ——通过帷幕的水头衰减系数（δ=帷幕前后的水头差/水头）；
Ia——帷幕体内（即帷幕前后）的允许水力坡降；（3）浆液扩散半径R的设计
浆液的扩散半径与岩层渗透系数、注浆持续时间、注浆压力、钻孔半径、浆液的粘滞系数及岩层的空隙率等很多因素有关。
如果浆液的扩散半径小于帷幕墙的厚度，则需增加帷幕墙的排数，以保证帷幕墙的安全，所以，浆液扩散半径的估算，对地表预注浆工程，有着重要的意义。
估算浆液扩散半径R的公式很多，较为常用的为：
R= /
式中：
K——注浆前岩层的渗透系数；
t——注浆延续时间；
r——钻孔半径；
H——注浆压力，以水柱高度计；
n——岩层的有效孔隙率，取1～5%；
u1、u2——水与浆液的粘滞系数；
（4）注浆孔孔距D的设计
注浆孔的孔距大小，直接关系着注浆效果的好坏与否，若注浆孔间距过大，则会出现注浆孔未完全搭接而导致的漏水事故，若注浆孔间距过小，则会增加施工工期和成本。注浆孔孔距D常用以下公式进行估算：
式中：
R——浆液的扩散半径；
T——帷幕的厚度；
D——注浆孔孔距；
（5）注浆孔排距L的设计
注浆工程中，常常在全区域进行封闭注浆，这就需要布置多排注浆孔，以满足设计要求。排距的设计不是一成不变，而是与注浆孔的排列方式有关，本文仅从两种常见情况下进行设计：
（A）各排注浆孔数量相等布置，如图：
由图1和图2可知，排距L与角度α有关，而角度α又与注浆搭接的厚薄有关，如果同一排注浆孔之间搭接的部分越厚，则角度α越小，排距L则越大；如果同一排注浆孔之间搭接的部分越薄，则角度α越大，排距L则越小。
（B）各排注浆孔数量不等布置，如图：
由图3和图4可知，排距L与角度β和注浆搭接的厚薄都有关，如果同一排注浆孔之间搭接的部分越厚，则角度β越大，排距L则越大；如果同一排注浆孔之间搭接的部分越薄，则角度β越小，排距L则越小。
（6）浆液注入量的设计
浆液的注入量是保证工程质量的前提，也是作为工程造价预算的依据之一。浆液的注入量可按下列公式进行计算：
Q=AπR2Hβn/m
式中：
A——浆液损耗量，取1.2～1.5；
R——浆液有效扩散半径（m）；
H——注浆段长（m）；
n——岩体或土体孔隙率，取1～5%；
β——浆液在裂隙中的充填系数，视岩石情况取0.8～0.9；
m——浆液结石率，取0.5～0.95，水灰比大取小值，小时取大值。
所以在进行地表预注浆设计时可采先用计算机进行拟合，并针对各个影响因素进行综合考虑和分析。
2 地表预注浆设计相关问题分析
地表预注浆工程在设计时，应考虑以下问题：
（1）工程地质
在设计时，应对矿山的工程地质条件做到全面、深入的分析，了解岩层的孔隙率等，只有将地质情况了解后，才能准确的选择处理方案及相应的施工工艺和材料。
（2）水文地质
有的矿山是因为地下水涌水量过大而无法开采，在设计时，就应根据相关的水文地质情况，比如岩层的渗透系数、涌水量的大小来综合考虑施工时所采用的施工材料及工艺。
（3）注浆试验
在地质条件比较复杂的情况下，在查清地质情况后，还需选择有代表性的地段，针对某些主要问题，进行注浆试验，并以试验所得的资料，作为注浆设计和施工的主要依据。
（4）注浆材料的选择
注浆材料因其性质的不同而千差万别，对于注浆材料的选择，要严格甄选。
（5）注浆施工工序
影响矿产资源的开采利用因素有很多，有的因地下水涌水量过大而无法开采需进行注浆堵水，有的因围岩体较松散需进行注浆加固，在设计时，要了解这些问题。
（6）注浆效果的质量检查
注浆施工过程中，特别是在注浆结束后，应进行适当的检查和试验，掌握注浆效果。
（7）设计方案的可行性和实用性
由于各矿山地质条件的不同和注浆技术的局限性、复杂性，注浆设计方案不能一概而论，要结合各矿山的特点，制定与其特点和施工相适应的设计方案，为后续的工程施工，提供技术支撑。
3 结 语
由于地质条件的复杂性，各矿山的地质条件一时难于被完全揭露清楚和精确掌握，地表预注浆作为一门与地质科学紧密联系的技术，其设计是在均质的条件下理论计算的结果，实际上浆液在岩石中的扩散情况多系沿裂隙灌入，呈树枝状或树根状，并非圆形，注浆孔的扩散半径也不能保证浆液扩散到绝对的搭接界面内，故而在注浆施工过程中常会出现修改设计的情况。
简而言之，地表预注浆方案的设计与相关问题的分析受地质条件的影响，是一个相辅相成的关系。地表预注浆方案在设计时，要根据各矿山的特点，综合考虑相关问题的影响。在实际建设中，随着施工的不断深入，各种问题也会随之出现，进而使设计方案得到进一步的修正，要充分利用好这种关系，才能使地表预注浆技术的设计与施工不断进步，促进地表预注浆技术的发展。
关键词：地表预注浆；问题分析；矿产资源；
【分类号】：TD265.4
0 引 言
我国地大物博，矿产资源丰富，种类繁多，合理利用好各种矿产资源，对社会和国民经济具有重要意义。
1 地表预注浆参数设计
（1）注浆压力P的设计
注浆压力是注浆施工的主要技术参数，注浆压力对浆液的扩散范围，岩层裂隙充填的密实程度及注浆效果的好坏起着决定性的作用。对于地表预注浆工程，必须有足够的注浆压力克服静水压力和地层阻力，才能达到注浆的目的。注浆压力一般按以下方法确定：
（A）公式法
P=KH
式中：
P——注浆压力，MPa；
K——压力系数，K=0.02～0.03MPa/m，浅层（<200m）取小值，深层（>500m）取大值；
H——注浆深度，m。
（B）经验法
根据《注浆技术规程》要求，注浆压力一般取静水压力的1.6～3.0倍。
（2）帷幕墙厚度T的设计
帷幕墙的厚度主要是根据矿山的地质条件、帷幕墙所能承受的水力坡度、幕体本身的密实性和稳定性及注浆材料所能容许的渗透比降和帷幕所承受的最大水头而综合考虑的。如果帷幕墙的厚度太薄，不能承受住深部地下水的水压力，帷幕墙则会出现“封堵不严、加固不牢”等问题；如果帷幕墙的厚度太厚，则费时费工费料，因此，帷幕墙的厚度设计原则需满足经济合理、牢固可靠。帷幕墙的厚度计算主要有以下公式：
公式一： T=H/ J0
式中：
T——帷幕厚度；
H——可能出现的最大水头；
J0——注浆材料容许的渗透比降；
公式二： T=δ*H/ Ia
式中：
T——帷幕厚度；
H——水头（m）；
δ——通过帷幕的水头衰减系数（δ=帷幕前后的水头差/水头）；
Ia——帷幕体内（即帷幕前后）的允许水力坡降；（3）浆液扩散半径R的设计
浆液的扩散半径与岩层渗透系数、注浆持续时间、注浆压力、钻孔半径、浆液的粘滞系数及岩层的空隙率等很多因素有关。
如果浆液的扩散半径小于帷幕墙的厚度，则需增加帷幕墙的排数，以保证帷幕墙的安全，所以，浆液扩散半径的估算，对地表预注浆工程，有着重要的意义。
估算浆液扩散半径R的公式很多，较为常用的为：
R= /
式中：
K——注浆前岩层的渗透系数；
t——注浆延续时间；
r——钻孔半径；
H——注浆压力，以水柱高度计；
n——岩层的有效孔隙率，取1～5%；
u1、u2——水与浆液的粘滞系数；
（4）注浆孔孔距D的设计
注浆孔的孔距大小，直接关系着注浆效果的好坏与否，若注浆孔间距过大，则会出现注浆孔未完全搭接而导致的漏水事故，若注浆孔间距过小，则会增加施工工期和成本。注浆孔孔距D常用以下公式进行估算：
式中：
R——浆液的扩散半径；
T——帷幕的厚度；
D——注浆孔孔距；
（5）注浆孔排距L的设计
注浆工程中，常常在全区域进行封闭注浆，这就需要布置多排注浆孔，以满足设计要求。排距的设计不是一成不变，而是与注浆孔的排列方式有关，本文仅从两种常见情况下进行设计：
（A）各排注浆孔数量相等布置，如图：
由图1和图2可知，排距L与角度α有关，而角度α又与注浆搭接的厚薄有关，如果同一排注浆孔之间搭接的部分越厚，则角度α越小，排距L则越大；如果同一排注浆孔之间搭接的部分越薄，则角度α越大，排距L则越小。
（B）各排注浆孔数量不等布置，如图：
由图3和图4可知，排距L与角度β和注浆搭接的厚薄都有关，如果同一排注浆孔之间搭接的部分越厚，则角度β越大，排距L则越大；如果同一排注浆孔之间搭接的部分越薄，则角度β越小，排距L则越小。
（6）浆液注入量的设计
浆液的注入量是保证工程质量的前提，也是作为工程造价预算的依据之一。浆液的注入量可按下列公式进行计算：
Q=AπR2Hβn/m
式中：
A——浆液损耗量，取1.2～1.5；
R——浆液有效扩散半径（m）；
H——注浆段长（m）；
n——岩体或土体孔隙率，取1～5%；
β——浆液在裂隙中的充填系数，视岩石情况取0.8～0.9；
m——浆液结石率，取0.5～0.95，水灰比大取小值，小时取大值。
所以在进行地表预注浆设计时可采先用计算机进行拟合，并针对各个影响因素进行综合考虑和分析。
2 地表预注浆设计相关问题分析
地表预注浆工程在设计时，应考虑以下问题：
（1）工程地质
在设计时，应对矿山的工程地质条件做到全面、深入的分析，了解岩层的孔隙率等，只有将地质情况了解后，才能准确的选择处理方案及相应的施工工艺和材料。
（2）水文地质
有的矿山是因为地下水涌水量过大而无法开采，在设计时，就应根据相关的水文地质情况，比如岩层的渗透系数、涌水量的大小来综合考虑施工时所采用的施工材料及工艺。
（3）注浆试验
在地质条件比较复杂的情况下，在查清地质情况后，还需选择有代表性的地段，针对某些主要问题，进行注浆试验，并以试验所得的资料，作为注浆设计和施工的主要依据。
（4）注浆材料的选择
注浆材料因其性质的不同而千差万别，对于注浆材料的选择，要严格甄选。
（5）注浆施工工序
影响矿产资源的开采利用因素有很多，有的因地下水涌水量过大而无法开采需进行注浆堵水，有的因围岩体较松散需进行注浆加固，在设计时，要了解这些问题。
（6）注浆效果的质量检查
注浆施工过程中，特别是在注浆结束后，应进行适当的检查和试验，掌握注浆效果。
（7）设计方案的可行性和实用性
由于各矿山地质条件的不同和注浆技术的局限性、复杂性，注浆设计方案不能一概而论，要结合各矿山的特点，制定与其特点和施工相适应的设计方案，为后续的工程施工，提供技术支撑。
3 结 语
由于地质条件的复杂性，各矿山的地质条件一时难于被完全揭露清楚和精确掌握，地表预注浆作为一门与地质科学紧密联系的技术，其设计是在均质的条件下理论计算的结果，实际上浆液在岩石中的扩散情况多系沿裂隙灌入，呈树枝状或树根状，并非圆形，注浆孔的扩散半径也不能保证浆液扩散到绝对的搭接界面内，故而在注浆施工过程中常会出现修改设计的情况。
简而言之，地表预注浆方案的设计与相关问题的分析受地质条件的影响，是一个相辅相成的关系。地表预注浆方案在设计时，要根据各矿山的特点，综合考虑相关问题的影响。在实际建设中，随着施工的不断深入，各种问题也会随之出现，进而使设计方案得到进一步的修正，要充分利用好这种关系，才能使地表预注浆技术的设计与施工不断进步，促进地表预注浆技术的发展。