南水北调中线矿区段采空区帷幕注浆试验研究.pdf

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1、第44卷第16期人民长江Vo1．44．No．162013年8月YangtzeRiverAug．，2013文章编号：1001—4179《2013)16—0074—03南水北调中线矿区段采空区帷幕注浆试验研究刘国龙，刘晓琴，张明恩，孙大为(河南省水利勘测设计研究有限公司，河南郑州450016)摘要：南水北调中线工程部分渠段跨越煤矿采空区，为满足渠道的防渗要求，需对采空区进行帷幕灌浆处理。为给正式灌浆施工选择合理的灌浆技术参数，在采空区进行了帷幕灌浆对比试验。试验表明：灌浆孔距选取2．0m，添加高效减水剂、速凝剂

2、、粉煤灰、膨润土等材料，水固比为1：1的水泥浆液处理效果较好；当孔口注浆压力为1．0～1．5MPa，灌入量小于10L／min，并稳定10min时，即可结束灌浆施工。通过综合判断，该注浆处理方法可达到预期的封闭效果。关键词：采空区；帷幕注浆；CT扫描；南水北调中线工程中图法分类号：TV543文献标志码：A渠钻孔最深的渠段，钻孔最大孔深约300m，根据地质1工程概况资料揭示该段地质条件复杂，覆盖层埋深厚，钻进过程南水北调中线工程总干渠矿区段渠线地貌以低山中有大量黑色煤油返出等情况，因此选择在该渠段布丘陵为主，近

3、东西走向。该渠段构造断裂主要为前第置帷幕灌浆试验孔具有较好的代表性。四纪断裂，但构造不发育。其中规模较大、对煤田分布3．2试验设计方案起控制作用的主要有：虎头山断层、张得断层、尹村断为验证在不同施工条件下的帷幕灌浆效果，以确层、山王断层等。定合理的帷幕灌浆施工参数，帷幕灌浆试验区布置如渠线所穿越的4个采空区地质条件复杂，地层从下。上到下依次为黄土层、卵或砾石层、基岩段(包括垮落(1)帷幕灌浆分两个试验区段。1号试验区布设带、裂隙带、弯曲带)、采空区巷道等。卵石层和塌落12个帷幕灌浆孔，孔号为MSg一1一I一

4、1～MSg一1一带的岩体比较松散、破碎，粒径又与钻头直径相近，在Ⅲ一12，孔距2m，灌浆分Ⅲ序进行，3个I序孑L，3个进行帷幕钻孔时，极易发生坍孔、埋钻、烧钻等孔内事Ⅱ序孔，6个Ⅲ序孑L；2号试验区布设有15个帷幕灌浆故。孑L，孑L号为MSg一1一I一13～MSg一1一Ⅲ一27，孑L距2试验目的为2．5m，灌浆分Ⅲ序进行，4个I序孔，4个Ⅱ序孔，7个Ⅲ序孔。(1)选用适宜的灌浆材料种类和较优的浆液配(2)帷幕灌浆试验区灌浆结束标准。孔口压力在比。1．0～1．5MPa，泵量小于10L／min，稳定10min以

5、上，(2)确定合适的孔间距、注浆压力、灌浆工艺、结即可结束该孔注浆施工。束标准等。(3)地质CT钻孔暨检查孔成对布置，一般布置3试验过程在钻孔和注浆情况较特殊的部位，相邻的两孑L间距小于30m。帷幕灌浆试验区布置一组地质CT检查孔，3．1试验场地选择孑L号为MSg—J一1、MSg—J一2，孑L距22．7m。帷幕灌浆试验场地选择在郭村矿，该范围为总干帷幕灌浆试验钻孔布置详见图1。收稿日期：2013—06—22作者简介：刘国龙，男，工程师，主要从事水利水电工程设计研究。E—mail：51495828@qq．eo

6、m第16期刘国龙，等：南水北调中线矿区段采空区帷幕注浆试验研究75结束该孔注浆施工。4帷幕灌浆试验成果分析4．1钻孔情况帷幕灌浆试验钻孔在孔深14～19m出露卵石层，层厚6～16m，23～33m出露基岩。帷幕灌浆钻孔共布设有2个取芯孔和2个地质CT质量检查取芯孔，从图1帷幕灌浆试验钻孔布置钻孔取芯情况来看，该段地层断层发育，采空区地质情3．3灌浆试验材料况复杂。试验区帷幕灌浆材料主要采用水泥、粉煤灰、膨润4．2灌浆成果土浆液，水泥采用42．5级普通硅酸盐水泥，粉煤灰采帷幕灌浆生产性试验分两个试验段进行，钻孔

7、用II级粉煤灰，膨润土要满足钻井要求；注浆浆材为5497．61m，灌浆27个段次，灌浆干耗灰量92．0t。制浆站内配制的水泥粉煤灰膨润土浆液(重量比，水通过分析得出：泥：粉煤灰：膨润土=0．15：0．7：0．15)。帷幕灌浆材料(1)1号试验段和2号试验段灌浆分序效果不明试验配比见表1。显，各序孔间的平均单位注入量差别不大，单位注入率表1采空区处理帷幕灌浆材料配合比集中在10～100kg／m。主要原因是该试验区的地质条件复杂，采空区塌陷后相互不连通，预留煤柱不规律。(2)从两个试验区的对比试验情况来看，两个

8、试验区的单位注入量和区间频率段数无明显差距，钻孔之间均未出现串浆现象，说明这两种孔距对灌浆效果的影响不大。但考虑采空区的地质条件复杂，形态分布不规则，较小的孔距有助于揭露更多的渗漏通道，对注：复合外加剂配比1采用2型，配比2为4型；外加剂掺量为占水泥、粉煤灰质量的百分比。充填区域的封闭有利。3．4灌浆试验工艺4．3外加剂效果帷幕灌浆试验孔采用相应的钻探机械进行开孔，为进一步确定粉煤灰激活剂在帷幕浆液中的有效开孔孔