水泥粘土浆在大型矿山帷幕堵水中的应用

朱承敏

（长沙矿山研究院有限责任公司，410010）

水泥粘土浆在大型矿山帷幕堵水中的应用

朱承敏

（长沙矿山研究院有限责任公司，410010）

在进行矿山开采的过程中，井下涌水量会大幅度的增加，进而造成地面塌陷、防治水费用增加的问题，为了有效的解决这些问题，矿山帷幕堵水的开展十分有必要性。堵水需要选择恰当的材料，水泥黏土浆的使用不仅可以有效的降低井下涌水量，同时，还具备经济性的优点，基于此，本文以怀集藤铁矿滕铁Ⅱ号工程为实例，分析了水泥黏土浆在大型矿山帷幕堵水中的应用。

水泥粘土浆；矿山帷幕；堵水；应用

前言：随着矿山开采的加深，可能会随时发生地面塌陷的危险，进而对矿山周围居民的生活及生命安全带来很大的影响，这也在无形中增加了矿农矛盾。为了缓解矿农矛盾，并实现矿山开采的可持续发展，就需要在矿山中建造帷幕，通过外堵内疏的方法，有效的降低矿山的生产成本以及开产成本，并对塌陷范围进行有效地控制，同时，还保护了矿山的地质环境。

一、怀集藤铁矿滕铁Ⅱ号工程简介

怀集藤铁矿滕铁Ⅱ矿体隶属于怀集乐居矿业有限公司，在矿区勘探线的9-29线区域，当前，正在进行基建，对于矿区的地质条件以及水文地质情况，已经有探矿地质队进行，并且形成了相应的资料，结合探矿地质队的资料以及前期物探资料的基础上，了解到矿区的状况。在矿区内部，包含数量比较多、规模比较大的岩溶，其发育状况比较好；在水文地质方面，溶洞比较多，空洞和半充填溶洞的岩溶率比较高，而且，在这些溶洞的岩溶现象中，低阻低极化岩溶异常的规模比较大，在开采的过程中，如果排水不科学，那么地表坍塌以及井下突水事故非常容易发生，为了避免这两个事故的发生，怀集乐居矿业有效公司在进行开采时，应用了矿区截流帷幕的防治水措施。

二、水泥粘土浆的材料

通常来说，在大水矿山或者是水文地质条件复杂的矿山中，才会应用帷幕注浆技术，在进行注浆时，会消耗大量的注浆材料，由此，在帷幕工程中，影响总投资的一个重要因素就是注浆材料的选择。出于经济性及可靠性的考虑，选择的注浆材料多为改性粘土浆。根据安徽新桥帷幕、江西新庄铜铅锌帷幕的工程实际可知，在利用水泥粘土浆进行注浆时，注浆的效果是比较好的，而且性能也比较优异，这说明，在帷幕注浆材料中，水泥粘土浆是最佳的选择。在岩石裂缝中，充填水泥粘土浆并凝结之后，具备的力学指标是非常好的，能够抵抗地下水的压力，堵水能力非常强，同时，抗剪切的塑性强度也非常好。

可注性、稳定性、抗渗性、耐久性以及防蚀性是改性粘土浆所具备的浆液性能，由此可见，其浆液性能非常好。改性粘土浆的材料十分普遍，可以就地取材，具备非常高的塑性强度，同时，在改性粘土浆结石中，结石体骨架结构的空隙中全部都是水化产物，尽管其颗粒非常小，但是其所具备的性能非常好[1]。对于粘土类的浆液来说，衡量其性能好与坏的一个重要指标就是塑性强度改性粘土浆所具备的塑性强度非常高，在已有的实际工程实践中，注浆 3天之后，就可以形成3.3MPa的稳定强度。从当前的市场价格来看，每立方米的改性粘土浆液成本最低75元，最高不超过125元，这说明，改性粘土浆在使用的过程中，成本是比较低的，是帷幕堵水中比较理想的注浆材料。

三、水泥黏土浆在大型矿山帷幕堵水中的应用

（一）注浆工艺

滕铁Ⅱ号矿山在进行帷幕施工时，所采用的注浆方式为自上而下分段进行，这样一来，注浆段的填充就可以实现反复、多次的进行，有效的提升堵水的效果。滕铁Ⅱ号矿山的帷幕在进行注浆时，具备比较大的厚度变化，同时，岩溶裂隙所具备的发育状态非常的不均匀，因此，在进行注浆段高的确定时，需要根据矿山帷幕的实际情况来进行确定，本矿山的注浆段高包含四种：第一，在溶洞发育区，冲洗液全部漏失，在进行注浆时，段长应该保证在5～10m之间；第二，当溶洞的洞高在1m以上时，就可以开展注浆工作；第三，在溶洞裂隙不发育段，注浆的段高应该控制在30m以下；第四，在一些比较容易出现塌孔的部位，比如接触破碎带、断裂构造带等，为了保证具备比较好的注浆效果，需要采用短打勤注的方式[4]。滕铁Ⅱ号矿山注浆时所选择的为改性粘土浆，同时，辅以水泥尾砂浆以及粘土尾砂浆，注浆时，对工艺流程进行了相应的优化，在进行制浆时，粘土以人工推的方式来进行，同时通过高速搅拌机进行搅拌，以便于保证粘土原浆的质量。制浆完成之后，需要进行注水试验，注水试验需要对段长进行确定，确定时，以矿区岩溶的发育情况为依据，一般来说，段长最长不能超过30m。注水试验完成之后，需要进行注浆压力，以便于保证浆液能够有效地实现扩散，通常来说，注浆压力包含三个阶段，分别为初始压力、过程压力以及终值压力。滕铁Ⅱ号矿山在进行帷幕施工时，还对浆液的浓度进行变化，在第一序孔以及第二序孔注浆的过程中，对浓度进行科学的变换，到第三序孔时，粘土的来源越来越少，这时，水固比保持原比例值不变，将水泥的量增加。对于注浆来说，其结束有着固定的标准，要严格的按照标准来进行注浆结束，以便于保证注浆的质量。

（二）本工程中的施工难点及技术要点

施工难点：滕铁Ⅱ号工程在进行开采的过程中，矿坑突出的问题比较严重，这是因为在矿山的北部，主要的地下水位风化带风化裂隙水以及毛庄构造列裂隙水，进而导致溶洞裂隙比较大。同时，在进行矿坑开采时，会存在松散层、断裂裂隙等，这会导致岩溶裂隙水进入到矿坑的可能性大增，由此导致矿坑突水发生的可能性比较大。在本工程的北部，分布的大理岩面积比较大，而且基本都是裸露及第四系覆盖的类型，在大理岩的上方，就是下寨村，矿床的疏干排水很可能会引起下寨村的房屋开裂，进而出现地表坍塌。这些问题的存在导致在进行帷幕堵水施工时，难度非常大。

技术要点：水泥粘土浆在进行注浆时，材料的配比是十分重要，对浆液的性能有着直接的影响，此外，注浆过程中注浆材料的选择、注浆量的多少、注浆凝结的时间控制等都是需要十分注意的。

（三）特殊情况处理

在进行注浆的过程中，会出现冒浆情况，为了避免造成浆液的浪费，先将注浆暂停，停止半个小时之后恢复，在注浆的过程中，如果地表还存在冒浆的现象，那么就需要将注浆停止，间歇待凝[5]。另外，在帷幕施工的过程中，还出现了串浆的现象，主要集中在38与39号孔，为了避免串浆，在进行38号孔注浆时，将39号孔封闭，达到注浆结束标准之后，在打开39号孔进行注浆。

结论：在矿山帷幕施工的过程中，通过水泥粘土浆的注浆，有效的实现了堵水的目的，水泥粘土浆所具备的优点是非常多的，而且施工工艺简单，在未来的矿山帷幕堵水中，有着比较广泛的应用。

[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，（03）：21-24.

[2]王立彬，毕明亮，许小东.复杂砂砾石层坝基帷幕灌浆中特殊地层处理对策[J].云南水力发电，2010，（04）：63-66.

[3]韩建坡，白聚波，李金利.矿山帷幕注浆材料的配伍研究[J].知识经济，2010，（22）：99-100.

[4]冯毓华，周双燕，汪军.粘土改良的尾砂浆液在矿山帷幕注浆中的应用[J].采矿技术，2011，（06）：23-25+68.

[5]黄才启，孙健.大水矿山截水帷幕注浆工程施工关键技术[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2011，（12）：74-78.

G322

B

1007-6344（2015）09-0118-01

朱承敏，1985年1月3日，男，湖南郴州，长沙矿山研究院有限责任公司，职务助理工程师，矿山水害防治与探测，本科