离散性分析在矿山帷幕注浆效果评价中的应用

蒋鹏飞 高学通

(华北有色工程勘察院有限公司)

离散性分析在矿山帷幕注浆效果评价中的应用

蒋鹏飞 高学通

(华北有色工程勘察院有限公司)

矿山帷幕注浆工程属于大型地下隐蔽工程，采取合理有效的评价方法论证注浆施工质量能否满足设计要求，是工程质量缺陷修补和最终评价验收的重要环节。利用已竣工的两项矿山帷幕注浆工程相关技术资料作为分析依据，通过对单位注浆量和单位透水率数据的离散性分析，阐述了该方法对于矿山帷幕注浆工程施工质量评价的重要作用，为同类工程质量评价提供借鉴。

离散性分析 矿山帷幕注浆 均一性 质量缺陷

随着国家对矿产资源需求的增加，工程水文地质条件简单、埋藏浅的资源逐渐开发殆尽，将来的矿产开发将面临埋藏深、难度大、水文地质条件复杂等众多问题，开发矿产和保护水环境之间的矛盾越来越尖锐。而矿山帷幕注浆是能够在两者之间达到政策、经济和技术上相平衡的重要手段[1-3]。

对于工程地质条件复杂、地下水丰富以及对区域水环境破坏大的矿山，帷幕注浆是治理和保护地下水的重要手段。其原理是通过钻孔揭露含水层，利用压力将可凝结浆液充填进入含水层裂隙岩溶一定范围，封堵地下水通道，达到隔绝或降低幕体内外地下水之间的水力联系的目的。

一般来说，矿产资源是由于早期的地质构造运动形成的，也是由于这些地质构造的存在，将成矿区域分割成工程地质、水文地质条件不均的地质单元，通过帷幕注浆，可以将帷幕范围内水文地质条件不均一的地质体进行治理和改善。

矿山帷幕注浆工程具有投资大、时间长以及隐蔽性强的特点，如何通过施工过程中技术资料的分析，查找施工中存在的问题，是保证整体工程施工质量、降低工程投资风险的关键。

1 离散性分析原理

由于帷幕注浆中待注地层的水文地质条件存在严重的不均一性，因此，矿山帷幕注浆施工质量的评价，主要体现在待注浆地质体透水性由不均一向均一的演变过程[4-5]。

矿山帷幕注浆工程经常采用三序施工法，即将帷幕线上的所有注浆孔按3个次序施工，顺序的编排见图1。

图1 矿山帷幕注浆孔孔序编排设计示意

在三序施工法中，通过单位注浆量和单位透水率等数据变异程度的统计分析，可以消除由于平均数不同多个资料变异程度比较的影响，能够反映出一组数据在单位均值上的离散程度或均一性，即为离散系数。离散系数的计算[6]：

(1)

(2)

(3)

式中,δ为离散系数；μ为单位注灰量平均值；σ为标准差。

由于原始状态下的基岩裂隙岩溶发育，帷幕注浆第一顺序孔施工参数会受到水文地质条件的不均一影响，出现很大的变异，离散系数应最大；第一顺序孔注浆后，第二顺序孔基岩的裂隙岩溶被部分封堵，基岩的均一性已有好转，施工参数虽会有一定的变异，但离散系数应比第一顺序孔小；第三顺序孔基岩的裂隙岩溶已全部被封堵，形成较好的统一体和均一体，其离散系数应最小。

因此，在矿山帷幕注浆中各数据组计算出的离散系数越小，表明形成的帷幕体均一性越好，基岩的裂隙岩溶封堵越密实，帷幕注浆施工质量达到了设计要求。

2 工程实例

2.1 案例1

案例1完成工作量见表1。

表1 案例1完成工作量统计 个

孔类Ⅰ序注浆孔Ⅱ序注浆孔Ⅲ序注浆孔检查孔加密孔工作量71881233620

各序孔单位注浆量和单位透水率数据平均值见表2。表2中，各组数据按先后次序具有由大到小的降低趋势，可以反映出该工程整体呈现的良好注浆叠加效应。

表2 案例1各序孔数据统计平均值

注：表中百分比是各序孔数值与Ⅰ序孔相应数值的比值。

通过离散系数进行离散性分析后，形成表3。由表3可以看出，本工程中各序孔的离散性呈现逐序降低的趋势，表明前序孔的注浆很好的影响到了后序孔，而随着后序孔的注浆，待注浆体的水文地质条件已改善得较为均一，帷幕体的整体堵水效果得到保证。

表3 案例1各孔序离散性分析

2.2 工程案例2

案例2完成工作量见表4。

表4 案例2完成工作量统计 个

孔类Ⅰ序注浆孔Ⅱ序注浆孔Ⅲ序注浆孔工作量454284

通过对本工程中各序孔单位注浆量和单位透水率数据的整理，各序孔的数据统计值见表5。从表5中可看出，各组数据按先后次序也存在由大到小的降低趋势，可以反映出该工程整体呈现较好的注浆叠加效应。

表5 案例2全孔叠加效应分析

注：表中百分比是各序孔数值与Ⅰ序孔相应数值的比值。 通过对本工程中各序孔的离散性分析，发现前后序孔的离散性规律性较差，说明工程中局部地方存在异常现象，造成后序孔的离散性大，表明可能存在一定的质量隐患。见表6。

表6 案例2各孔序离散性系数

3 离散性分析的作用

上述两项工程实例表明，施工过程中技术资料的离散性分析可以评价矿山帷幕注浆的施工质量，能够发现帷幕体局部位置的质量隐患。

在工程案例2中，由表6可以看出单位注浆量离散系数表现为Ⅲ序孔大于Ⅱ序孔，表明帷幕体范围内的石灰岩含水层虽然经过了Ⅰ、Ⅱ序孔的注浆，但在局部Ⅲ序孔的位置上还存在较大裂隙，造成了Ⅲ序孔单位注浆量离散性较大。

3.1 单位透水率离散性分析

从单位透水率离散系数来看，Ⅱ序孔大于Ⅰ序孔，说明矿区裂隙岩溶发育的不均一，Ⅰ序孔的注浆对相同距离的含水层透水性影响程度不一，因此Ⅱ序孔单位透水率离散性较大；Ⅱ序孔注浆后，Ⅲ序孔的离散系数明显减小，表明了Ⅰ序孔和Ⅱ序孔注浆产生的良好叠加效应；但是Ⅲ序孔离散系数和Ⅰ序孔基本一致，则表明局部Ⅲ序孔位置存在较大岩溶裂隙，注浆量较大，从而增加了Ⅲ序孔的离散性。

对工程案例2中各序注浆孔的单位透水率进行分析，以全区平均单位透水率8.68Lu为界，发现造成Ⅱ序孔单位透水率离散性过大主要是由6个注浆孔造成的，而Ⅲ序孔单位透水率离散系数偏大仅因为1个注浆孔所致，见表7。

表7 案例2离散分析中单位透水率异常点

排除以上异常，本工程中各序孔单位透水率的离散性见表8。

表8 案例2调整后全孔单位透水率离散系数

由表8的离散性分析可以看出，排除异常点后，整个统计数据呈现出明显的由不均一向均一的发展趋势。即上述分析的异常点是工程中的隐患位置，需要补强。

3.2 单位注浆量离散性分析

对工程2各序注浆孔的单位注浆量分析，以工程中平均单位注浆量1.61m3/m为界，发现造成Ⅲ序孔单位注浆量离散系数大于Ⅱ序孔是由其中14个注浆孔造成的，见表9。

排除以上异常后，工程2中各序孔单位注浆量的离散性见表10。

表10的离散性分析表明，整个工程数据呈现出明显的由不均一向均一的发展趋势，即上述分析的异常点是工程中的隐患位置，需要补强。

表9 案例2离散分析中单位注浆量异常点

表10 案例2调整后单位注浆量

4 结 论

通过对两项工程实例的离散性分析，表明在矿山帷幕注浆工程中，采用离散性对施工过程中技术资料进行及时统计分析，不仅能评价工程施工质量，还能及时发现工程中存在的质量隐患位置，为后期帷幕体的加密补强提供依据。因此，离散性分析法在矿山帷幕注浆工程质量评价中是合理有效的技术手段，值得推广。

[1] 卢 萍,侯克鹏.帷幕注浆技术在矿山治水中的应用现状与发展趋势[J].现代矿业,2010(3):21-24.

[2] 王 军.矿山地下水害防治技术新进展[J].采矿技术,2002(3):55-58.

[3] 蒋鹏飞,于同超,高广锋.帷幕注浆工艺在大水矿山中的应用[J].现代矿业,2010(6):118-120.

[4] 韩贵雷,于同超，刘殿凤,等.矿山帷幕注浆方案研究及堵水效果综合分析[J].矿业研究与开发,2010,30(3):95-98.

[5] 宋 峰,刘新社.中关铁矿帷幕注浆工程科技成果汇编[M].武汉:中国地质大学出版社,2012.

[6] 《工程地质手册》编委会.工程地质手册[M].4版.北京:中国建筑工业出版社,2006.

Application of Discrete Analysis Method in the Evaluation of Mine Curtain Grouting Effect

Jiang Pengfei Gao Xuetong

(North China Engineering Investigation Institute Co., Ltd.)

Mine curtain grouting projects belong to large underground concealed engineering, it is necessary to take reasonable and effective evaluation method to analyze the grouting construction quality can meet the design requirements, which is the important step of repairing of the project quality defect and final evaluation of the project quality. Based on the related technical data of the two mine curtain grouting projects that has been finished, data of unit grouting quantity and unit rate of permeable are analyzed by using the discrete analysis method, the important role of the discrete analysis method in the evaluation of the mine curtain grouting quality is discussed so as to provide reference for similar engineering.

Discrete analysis, Mine curtain grouting, Uniformity, Quality defects

2014-11-26)

蒋鹏飞(1974—)，男，高级工程师，050021 河北省石家庄市汇通路39号。