湖泥—水泥混合浆液结石体性能研究

于佳维，杨建安

(1．城门山铜矿，江西九江332114；2．中国瑞林工程技术有限公司,江西南昌330031)

湖泥—水泥混合浆液结石体性能研究

于佳维1，杨建安2

(1．城门山铜矿，江西九江332114；2．中国瑞林工程技术有限公司,江西南昌330031)

城门山铜矿露天采场东部帷幕注浆工程拟使用湖泥作为注浆原材料，通过对其抗渗性及抗压强度的研究,得出其结石体渗透系数在N×10－5～10－6cm/s,无压条件下抗压强度值在0．87～1．27 MPa,带压条件下抗压强度值在8．95～11．50 MPa。经综合分析,湖泥—水泥混合浆液结石体性能可满足矿山生产要求。

湖泥；浆液结石体；抗渗性；抗压强度

城门山铜矿是江西铜业股份有限公司的生产矿山，矿区三面环湖，构造、岩溶发育，属于以溶洞裂隙水充水为主、顶板直接进水、水文地质条件复杂的岩溶充水矿床。针对城门山矿露天采场东部的防治水工程,设计单位采取了“以堵为主、以疏为辅”的策略，即对进入矿坑的大部分地下水采用帷幕注浆方式进行封堵，对帷幕尚未完全拦截的少部分地下水则采用地表疏干或坑内排水的方式进行疏干。一般大水矿山的帷幕注浆材料多采用纯水泥浆或水泥浆中掺有一定比例的粘土、尾砂等的混合浆液，城门山矿湖泥资源丰富，湖底分布有约15 m厚的淤泥层，若用湖泥替代粘土及部分水泥，可节省大量投资。之前，已对湖泥—水泥混合浆液做过一定研究，发现其能否作为帷幕注浆的合格材料，关键在于其结石体的抗渗性能及抗压强度等能否满足在高水头、大流量下的矿山防治水需要。为此，本文针对湖泥—水泥混合浆液不同配比下的浆液结石体性能进行了初步的试验研究，供大家斟酌。

1　浆液材料配合比及试验方法

1.1浆液材料配合比

试验采用的主要浆材为城门山铜矿湖区的湖泥，通过测定，湖泥含沙量〈5%，塑性指数〉17。水泥为42．5号普通硅酸盐水泥。速凝剂为水玻璃，其波美度38．45Be’，模数2．4～3．0。水源为矿区赛湖湖水，pH值8．1。

上述材料进行混合的原则为：水泥50～300 kg/m3，水玻璃为水泥重量的2．5%～10%，其余为湖泥净原浆，湖泥净原浆的比重为1．05～1．5 g/cm3[1－3]。本次试验主要针对以下3种配比(见表1)进行抗渗性及抗压强度值研究。

表1　试验所用混合浆液配比

1.2试验方法

本次混合浆液结石体性能的评价，主要通过分析研究浆液结石体的抗渗性及抗压强度来进行[4－5]。

1)浆液结石体的抗渗性研究。浆液结石体的抗渗性研究主要采用变水头渗透仪（见图1）测定不同结石体的渗透系数。

图1　变水头渗透仪

2)浆液结石体的抗压强度研究。通过试验室制备混合浆液结石体试块,养护28 d后进行抗压强度测试。经钻孔取样,采出混合浆液结石体岩芯，对其进行抗压强度测试。抗压强度测试所用仪器见图2。

图2　抗压强度测试仪

3　混合浆液结石体抗渗性研究

按照上述配比进行浆液结石体的试件制作，先将混合浆液倒入较大的试模内，然后利用渗透仪的环刀切成试验仪器用的试模，再进行养护，分别测试其7、14、28 d龄期浆液结石体的相关参数，详见表2。

表2　测试试验数据

由表2可以看出,浆液结石体的渗透系数为N× 10－5～10－6cm/s，属微透水与不透水。本次设计帷幕注浆的防渗标准为〈3 Lu,依据SL31－2003《水利水电工程钻孔压水试验规程》中相关公式近似换算[6],1Lu相当的渗透系数约为10－5cm/s。由此可见,混合浆液结石体试块的抗渗性可满足设计要求。且7、14、28 d的渗透系数值相差不大,说明其结石体的稳定性较好,其抗渗性能在较短的时间内就能达到设计要求。

4　混合浆液结石体抗压强度研究

混合浆液各种配比的试块（见图3）制作成型后，经恒温恒湿养护28 d后，在无压条件下测其28 d抗压强度,各强度值见表3。

图3　试块及养护仪器

表3　无压条件下抗压强度值　MPa

试验中，各试块在较小压力下均易破碎，试验结果不理想。究其原因，主要是由于上述各试块均在常压下制备的，试块致密性差，导致其抗压强度值偏小；而施工过程中的实际情况则是不同的，混合浆液通过高压泵输送至钻孔内，经过了高压密实、失水沉淀、固结成型等过程，其结石体的形成环境不同于常压环境。因此，钻孔中取出的混合浆液结石体岩芯（见图4）更符合实际情况。经测定，其28 d抗压强度测试结果见表4，平均抗压强度值较无压下提高了9～10倍。

图4　加压后结石体

表4　抗压强度结果统计表　MPa

据《地层注浆堵水与加固施工技术》中描述，“在20 m水头的压力下维持浆液结石体稳定所需的抗压强度仅为0.005～0.01 MPa”。若需满足200 m水头的压力，湖泥—水泥混合浆液结石体28 d的抗压强度只需达到0.5～1.0 MPa即可[7-8]。因此，上述配合比的湖泥—水泥混合浆液结石体抗压强度（28 d）是能够满足城门山矿帷幕注浆防渗要求的。

5　结论

通过对湖泥—水泥混合浆液结石体性能研究，可得出以下结论：1）试验配比条件下，湖泥—水泥混合浆液结石体渗透系数为N×10-5～10-6cm/s，属微透水与不透水，其抗渗性可满足矿山防治水要求。2）试验配比条件下，无压和带压环境下的湖泥—水泥混合浆液结石体抗压强度值分别在0.87～1.27 MPa和8.95～11.50 MPa之间，其抗压性可满足矿山防治水要求。3）湖泥作为主要注浆材料，其与水泥的混合浆液能够满足城门山矿帷幕注浆的防渗要求。

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Performance Study on Lake Mud-Cement Mixed Grout Consolidating Body

YU Jiawei1,YANG Jianan2
（1．Chengmenshan Copper Mine,Jiajiang,jiangxi 332114,China;2．China Nerin Engineering Co．,Nanchang,Jiangxi 330031,China）

Lake mud is planned to be used as grouting raw material for curtain grouting engineering in the east of Chengmenshan copper mine open pit,according to research on its impermeability and compressive strength,the results show that permeability coefficient is N×10－5～10－6cm/s,compressive strength is 0．87～1．27 MPa under the no－pressure condition and compressive strength is 8．95～11．50 MPa under the pressure condition．After comprehensive analysis,the performance of Lake mud－cement mixed grout consolidating body can meet the requirement of mine production．

lake mud;grout consolidating body;impermeability;compressive strength

TD745

A

1004－4345(2015)04－0011－03

2015－03－20

于佳维（1986—），男，主要从事矿山水文地质工作。