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摘要：采用帷幕注浆治理矿山突水、地表塌陷等地质灾害问题在日益注重环境保护的今天，已越来越普遍。矿山帷幕注浆属地下隐蔽工程，不可预见性较多，而且堵水效果受诸多因素影响，比如水文地质条件、注浆工艺、注浆参数及注浆原材料等都会影响堵水效果。目前我国还没有矿山注浆方面的规范规程可供参考，因此如何控制施工过程，达到较好的堵水效果成了大家普遍关注的焦点。
关键词：矿山注浆；质量控制；帷幕注浆
1 工程概况
该矿为一中型储量规模的岩溶充水矿床，地质条件复杂。2007年9月揭露地下突水点，井内大量涌水，短时间地下水位急剧下降，造成附近大面积塌陷，大量鱼塘、农田被破坏，进行矿山防治水已势在必行。经过两年时间的努力，本工程于2009年11月完工。
2 施工质量控制措施
2.1 原材料质量控制
该工程采用的是水泥尾砂浆、水泥粘土浆，通过浆液在裂隙中凝结，可以达到一定强度，就如同建立了一道墙，从而起到堵水效果。因此原材料(水泥、尾砂、粘土)的质量好坏将直接影响到工程质量。
水泥：采用P.O 32.5普通硅酸盐水泥，水泥的细度要求为通過0.8mm方孔筛的筛余量不大于5%，其它项目应符合国家标准。尾矿砂：应用质地坚硬的尾矿砂，粒径不大于2.5mm，细度模数不大于2.0，SO3含量不大于1，含泥量不大于3%。水玻璃：模数为2.4～3.0，浓度为30～45波美度。
2．2 注浆试验
在大规模的注浆之前，按照施工组织设计要求，进行了注浆试验工作，分室内试验和现场试验两部分：室内试验主要是试验浆液的凝结时间及主要物理力学参数能否满足工程需要；而现场试验主要是检查注浆设计参数是否合理。通过试验，我们得出：
①浆液的扩散半径能够满足帷幕封堵的需要。
②经过现场试验，帷幕外围长期观测孔的地下水位均有明显抬升，说明帷幕是有效果的。由此我们得出本次帷幕注浆所采用的浆液类型、钻孔间距、注浆段长、扩散半径及注浆压力等参数合理、可行，适用于本工程。
钻孔注浆孔参数
孔号孔口坐标方位角度 倾角 孔径（mm）注浆管径（mm）孔深（m）
……
2．3 钻探成孔
搅拌好的浆液通过钻孔向四周扩散到周围的裂隙中，众所周知，浆液在孔内扩散由于受阻力影响，是有一定范围的，也就是说，只有在钻孔周围一定范围(扩散半径)内的裂隙可以被堵住。因此为了使所有钻孔形成一道连续的堵水墙，除了按照技术员指定位置布置钻孔外，钻孔必须保持较高的垂直度，本工程要求的钻孔偏斜率不超过1.5%。否则由于钻孔倾斜，将不能保持帷幕墙的连续性，也就影响了堵水效果。
2．4 注浆段长
不同于水利灌浆的2～5m一段，本次段长控制原则上采用30m一段。若遇到大型溶洞，或者严重漏水处，则不受30m的限制，而以溶洞底板为界进行灌浆，同时也通过灌浆，使溶洞得到充填，保证下部钻孔的垂直度。在遇到孔壁不完整，容易掉块、卡钻的岩层，也可以通过灌浆，加固孔壁，使钻孔得以顺利通过。
2．5 洗孔、压水试验
在钻进成孔过程中，由于磨损，孔内势必会有许多岩粉、铁屑，因此在注浆之前必须把残留在孔内的岩屑清除干净，特别是裂隙里面的残留物，如果不清洗干净，将导致浆液无法进入裂隙，也就达不到封堵的作用。如此反复多次，直至回水变清为止。
2．6 注浆
灌浆是一项复杂的系统工程，其中可能会出现许多诸如冒浆、串浆、压力陡升陡降等情况，因此需要配备经验丰富的技术人员现场指导操作，及时采取应对措施。一次完美的注浆，需要做好以下几个参数的控制：
(1)浆液的选择及浓度变换。本工程采用的浆液有水泥尾砂浆和水泥粘土浆两种，一般在岩溶裂隙比较发育，吸浆量大的孔段采用水泥尾砂浆进行灌注；先用稀浆进行灌注，在一段时间或者一定方量之后，若孔口压力仍然没有上升的趋势，则改用浓一级的浆液进行灌注。若采用最浓一级的浆液进行灌注，而孔口压力仍然没有增加的趋势，可以在二次搅拌桶中添加锯末、谷壳等粗骨料和水玻璃速凝剂等。在吃浆量大的孔段，压力可能仍不抬升，则采取间歇注浆，灌注50m3左右，待凝结5～8h后，扫孔重新灌注。
(2)灌浆压力的控制。灌浆压力是浆液在孔内流动的动力，是影响浆液扩散范围的主要参数。本工程采用的是1.5～2.0倍的静水压力，孔口压力值随着孔段的加深，从0.4～2.4MPa不等。而在岩心破碎，岩溶较发育地段，为了节省浆液，不让浆液扩散的太远，孔口压力应从低到高，一级一级的抬升，直至设计终压。
(3)灌浆结束标准。由于突水矿山的岩层属于岩溶发育，岩石渗透较大的地段，有些孔段无论怎么灌浆，都无法达到设计压力。鉴于施工工期及水泥浆液强度的提高需要一定的时间，在这种孔段则可以把结束压力适当的降低，这需要现场技术员根据现场情况，在征求技术主管同意的前提下方可降低压力。实践证明，在下部孔段灌注时，上部孔段由于凝固时间较长，能够承受下部较大的压力，同时部分孔段降低结束标准不会对帷幕质量造成大的影响。
(4)封孔。在最后一段灌浆结束后，采用“全孔灌浆封闭法”进行封孔。将射浆管下至距离孔底不超过0.5m，用最浓的水泥尾砂浆置换孔内稀浆，并观察孔口返出浆液的浓度和比重。当孔口返浓浆时，将射浆管提至孔口，采取纯压式进行灌浆封孔。
(5)特殊情况下的处理措施：①灌浆中断：由于设备或其它外界原因，造成灌浆中断时，需立即查明原因，尽快恢复灌浆。若问题解决时间较长，则需要扫孔到底，重新进行灌浆。注意：注浆无故中断是帷幕注浆中的大忌，特别是在压力比较大，或者接近设计压力时，由于注浆中断，往往造成浆液再也无法进入该孔段，而影响帷幕注浆施工质量。
②地表冒浆：在灌注过程中，由于套管进入完整基岩深度不够，封闭不好，或者裂隙连通第四系填土层，造成浆液从钻孔附近地表冒出。若采取上述措施后仍然冒浆的话，则采取间歇注浆，扫孔后重新灌注。
③串浆：由于地下裂隙连通性较好，在对某个钻孔灌浆时，浆液从旁边钻孔冒出的现象即串浆。发生串浆时，应将串浆孔封堵住，待注浆结束后，串浆孔重新扫孔后进行钻进或者灌浆。此时需将A孔用纯粘土浆封住，待B孔该段达到结束标准后，A孔再重新扫孔进行钻进或者灌浆。
④溶洞、大吃浆量孔段：遇大型溶洞，则不受设计段长的限制，可以缩短注浆段长，提前注浆。在溶洞段的注浆，可以采取两种处理方式：其一，先进行双液灌浆，将溶洞的主要进出口封堵住，然后再投粗骨料或者普通注浆；其二，先采取孔口自流水泥尾砂浆加粗骨料，待溶洞填满后，进行普通灌浆或者双液注浆。粗骨料可以是：谷壳、锯末、海带、稻草、水洗砂、直径1-3cm的碎石等。
3 质量评定
帷幕注浆质量的检测可以通过：打检查孔、钻孔电磁波透视(CT)、抽水试验等方式进行。
3．1 检查孔
通过检查孔：①从取上的岩心可以看出裂隙的充填情况，由此可以检查钻孔之间的连接状态及浆液的扩散半径；②进行分段压水试验，与施工前的岩石透水系数进行对比；③通过冲洗液的消耗量，可以判断是否存在大的漏水位置；④用取上的水泥灰心进行岩石物理力学性能试验，检查其抗压强度及渗透系数是否满足帷幕需要。
3．2 钻孔电磁波透视是采用层析成像技术勾画出探测剖面上大的岩溶裂隙具体位置及规模，是检测帷幕注浆质量的一种手段。从对比图可以明显看出，帷幕注浆后，明显的岩溶裂隙发育带已不存在，这也验证了帷幕注浆的施工质量是可靠的。
3．3 地下水位变化及矿坑抽水试验
(1)帷幕内外共设置有l0个水文观测孔，从观测孔的水位曲线图可以看出，帷幕注浆后，地下水位逐步抬升，已高出突水前的地下水位，说明帷幕堵水效果显著。
(2)帷幕注浆最直接的检查方式就是坑内抽水试验。根据抽水试验数据，利用相关公式可以计算出矿坑涌水量，与施工前的矿坑涌水量进行对比，即可得出本次帷幕注浆的堵水率。评价单位最后得出本次帷幕注浆的堵水率远远超过合同确定的60%的堵水率，堵水效果非常理想。
4 结束语
矿山帷幕注浆在治理矿山突水方面效果显著，既可以防止突水事故的发生，同时也减小矿山开采对周围环境的影响。帷幕投入使用后，在矿山开采中，注意不要破坏帷幕墙，爆破作业要远离帷幕墙，否则将造成严重的突水事故。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
关键词：矿山注浆；质量控制；帷幕注浆
1 工程概况
该矿为一中型储量规模的岩溶充水矿床，地质条件复杂。2007年9月揭露地下突水点，井内大量涌水，短时间地下水位急剧下降，造成附近大面积塌陷，大量鱼塘、农田被破坏，进行矿山防治水已势在必行。经过两年时间的努力，本工程于2009年11月完工。
2 施工质量控制措施
2.1 原材料质量控制
该工程采用的是水泥尾砂浆、水泥粘土浆，通过浆液在裂隙中凝结，可以达到一定强度，就如同建立了一道墙，从而起到堵水效果。因此原材料(水泥、尾砂、粘土)的质量好坏将直接影响到工程质量。
水泥：采用P.O 32.5普通硅酸盐水泥，水泥的细度要求为通過0.8mm方孔筛的筛余量不大于5%，其它项目应符合国家标准。尾矿砂：应用质地坚硬的尾矿砂，粒径不大于2.5mm，细度模数不大于2.0，SO3含量不大于1，含泥量不大于3%。水玻璃：模数为2.4～3.0，浓度为30～45波美度。
2．2 注浆试验
在大规模的注浆之前，按照施工组织设计要求，进行了注浆试验工作，分室内试验和现场试验两部分：室内试验主要是试验浆液的凝结时间及主要物理力学参数能否满足工程需要；而现场试验主要是检查注浆设计参数是否合理。通过试验，我们得出：
①浆液的扩散半径能够满足帷幕封堵的需要。
②经过现场试验，帷幕外围长期观测孔的地下水位均有明显抬升，说明帷幕是有效果的。由此我们得出本次帷幕注浆所采用的浆液类型、钻孔间距、注浆段长、扩散半径及注浆压力等参数合理、可行，适用于本工程。
钻孔注浆孔参数
孔号孔口坐标方位角度 倾角 孔径（mm）注浆管径（mm）孔深（m）
……
2．3 钻探成孔
搅拌好的浆液通过钻孔向四周扩散到周围的裂隙中，众所周知，浆液在孔内扩散由于受阻力影响，是有一定范围的，也就是说，只有在钻孔周围一定范围(扩散半径)内的裂隙可以被堵住。因此为了使所有钻孔形成一道连续的堵水墙，除了按照技术员指定位置布置钻孔外，钻孔必须保持较高的垂直度，本工程要求的钻孔偏斜率不超过1.5%。否则由于钻孔倾斜，将不能保持帷幕墙的连续性，也就影响了堵水效果。
2．4 注浆段长
不同于水利灌浆的2～5m一段，本次段长控制原则上采用30m一段。若遇到大型溶洞，或者严重漏水处，则不受30m的限制，而以溶洞底板为界进行灌浆，同时也通过灌浆，使溶洞得到充填，保证下部钻孔的垂直度。在遇到孔壁不完整，容易掉块、卡钻的岩层，也可以通过灌浆，加固孔壁，使钻孔得以顺利通过。
2．5 洗孔、压水试验
在钻进成孔过程中，由于磨损，孔内势必会有许多岩粉、铁屑，因此在注浆之前必须把残留在孔内的岩屑清除干净，特别是裂隙里面的残留物，如果不清洗干净，将导致浆液无法进入裂隙，也就达不到封堵的作用。如此反复多次，直至回水变清为止。
2．6 注浆
灌浆是一项复杂的系统工程，其中可能会出现许多诸如冒浆、串浆、压力陡升陡降等情况，因此需要配备经验丰富的技术人员现场指导操作，及时采取应对措施。一次完美的注浆，需要做好以下几个参数的控制：
(1)浆液的选择及浓度变换。本工程采用的浆液有水泥尾砂浆和水泥粘土浆两种，一般在岩溶裂隙比较发育，吸浆量大的孔段采用水泥尾砂浆进行灌注；先用稀浆进行灌注，在一段时间或者一定方量之后，若孔口压力仍然没有上升的趋势，则改用浓一级的浆液进行灌注。若采用最浓一级的浆液进行灌注，而孔口压力仍然没有增加的趋势，可以在二次搅拌桶中添加锯末、谷壳等粗骨料和水玻璃速凝剂等。在吃浆量大的孔段，压力可能仍不抬升，则采取间歇注浆，灌注50m3左右，待凝结5～8h后，扫孔重新灌注。
(2)灌浆压力的控制。灌浆压力是浆液在孔内流动的动力，是影响浆液扩散范围的主要参数。本工程采用的是1.5～2.0倍的静水压力，孔口压力值随着孔段的加深，从0.4～2.4MPa不等。而在岩心破碎，岩溶较发育地段，为了节省浆液，不让浆液扩散的太远，孔口压力应从低到高，一级一级的抬升，直至设计终压。
(3)灌浆结束标准。由于突水矿山的岩层属于岩溶发育，岩石渗透较大的地段，有些孔段无论怎么灌浆，都无法达到设计压力。鉴于施工工期及水泥浆液强度的提高需要一定的时间，在这种孔段则可以把结束压力适当的降低，这需要现场技术员根据现场情况，在征求技术主管同意的前提下方可降低压力。实践证明，在下部孔段灌注时，上部孔段由于凝固时间较长，能够承受下部较大的压力，同时部分孔段降低结束标准不会对帷幕质量造成大的影响。
(4)封孔。在最后一段灌浆结束后，采用“全孔灌浆封闭法”进行封孔。将射浆管下至距离孔底不超过0.5m，用最浓的水泥尾砂浆置换孔内稀浆，并观察孔口返出浆液的浓度和比重。当孔口返浓浆时，将射浆管提至孔口，采取纯压式进行灌浆封孔。
(5)特殊情况下的处理措施：①灌浆中断：由于设备或其它外界原因，造成灌浆中断时，需立即查明原因，尽快恢复灌浆。若问题解决时间较长，则需要扫孔到底，重新进行灌浆。注意：注浆无故中断是帷幕注浆中的大忌，特别是在压力比较大，或者接近设计压力时，由于注浆中断，往往造成浆液再也无法进入该孔段，而影响帷幕注浆施工质量。
②地表冒浆：在灌注过程中，由于套管进入完整基岩深度不够，封闭不好，或者裂隙连通第四系填土层，造成浆液从钻孔附近地表冒出。若采取上述措施后仍然冒浆的话，则采取间歇注浆，扫孔后重新灌注。
③串浆：由于地下裂隙连通性较好，在对某个钻孔灌浆时，浆液从旁边钻孔冒出的现象即串浆。发生串浆时，应将串浆孔封堵住，待注浆结束后，串浆孔重新扫孔后进行钻进或者灌浆。此时需将A孔用纯粘土浆封住，待B孔该段达到结束标准后，A孔再重新扫孔进行钻进或者灌浆。
④溶洞、大吃浆量孔段：遇大型溶洞，则不受设计段长的限制，可以缩短注浆段长，提前注浆。在溶洞段的注浆，可以采取两种处理方式：其一，先进行双液灌浆，将溶洞的主要进出口封堵住，然后再投粗骨料或者普通注浆；其二，先采取孔口自流水泥尾砂浆加粗骨料，待溶洞填满后，进行普通灌浆或者双液注浆。粗骨料可以是：谷壳、锯末、海带、稻草、水洗砂、直径1-3cm的碎石等。
3 质量评定
帷幕注浆质量的检测可以通过：打检查孔、钻孔电磁波透视(CT)、抽水试验等方式进行。
3．1 检查孔
通过检查孔：①从取上的岩心可以看出裂隙的充填情况，由此可以检查钻孔之间的连接状态及浆液的扩散半径；②进行分段压水试验，与施工前的岩石透水系数进行对比；③通过冲洗液的消耗量，可以判断是否存在大的漏水位置；④用取上的水泥灰心进行岩石物理力学性能试验，检查其抗压强度及渗透系数是否满足帷幕需要。
3．2 钻孔电磁波透视是采用层析成像技术勾画出探测剖面上大的岩溶裂隙具体位置及规模，是检测帷幕注浆质量的一种手段。从对比图可以明显看出，帷幕注浆后，明显的岩溶裂隙发育带已不存在，这也验证了帷幕注浆的施工质量是可靠的。
3．3 地下水位变化及矿坑抽水试验
(1)帷幕内外共设置有l0个水文观测孔，从观测孔的水位曲线图可以看出，帷幕注浆后，地下水位逐步抬升，已高出突水前的地下水位，说明帷幕堵水效果显著。
(2)帷幕注浆最直接的检查方式就是坑内抽水试验。根据抽水试验数据，利用相关公式可以计算出矿坑涌水量，与施工前的矿坑涌水量进行对比，即可得出本次帷幕注浆的堵水率。评价单位最后得出本次帷幕注浆的堵水率远远超过合同确定的60%的堵水率，堵水效果非常理想。
4 结束语
矿山帷幕注浆在治理矿山突水方面效果显著，既可以防止突水事故的发生，同时也减小矿山开采对周围环境的影响。帷幕投入使用后，在矿山开采中，注意不要破坏帷幕墙，爆破作业要远离帷幕墙，否则将造成严重的突水事故。
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