注浆防渗技术在地下溶浸中的应用.pdf

第5 5 卷第3 期 20 03 年8 月 有色金属 N O N F E R R O U SM E T A L S V 0 15 5N o3 A u g u s t 2003 注浆防渗技术在地下溶浸中的应用 刘坚，余斌，吉兆宁，陈何 北京矿冶研究总院，北京10 0 0 4 4 摘 要介绍寿王坟铜矿上部采空医内存窿矿石地下藩浸注浆胁渗试验结果和现场施工效果。试验采场洼浆孔总长 7 9 84 m ，注浆量I l3 7 L ‘m ，洼浆压力l5 ～2o M P a ，注浆成本10 6 元t1 矿，注紫后矿体吸水率O2 5 9 L 、m i n ’1 m ．m l H 2 0 ，渗透系数o ．0 3 0 1 m d - 。。注浆防渗技术用于解决地下溶授提出液渗漏问题是可行的。 关键词采矿工程；注浆防巷；水泥注浆；地下浸出 中圈分类号T D 2 6 5 ．4 1 ；T D 8 5 3 ．3 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 3 0 3 0 1 1 2 0 3 溶浸采矿技术是矿物回收提取新技术，不必将 矿石运出地面，不破坏植被，不对环境造成污染，可 以开采低品位、残留、分散难采矿石，大大减少了采 矿和选矿投资，近年来在国内外得到较快发展。寿 王坟铜矿上部采空区内存窿矿石达数百万吨，为了 综合利用这部分矿产资源，寿王坟铜矿与北京矿冶 研究总院合作进行地下采空区存窿矿石细菌浸出技 术研究与工业化试验。地下浸出采矿的关键因素之 一是浸出液的回收，采用注浆防渗技术可解决浸出 液渗漏问题，充分回收浸出液。 1 注浆防渗工艺 1 ．1 试验采场概述 试验矿块6 0 8 1 采场属于98 铜矿体的下延部 分，赋存于6 线东至1 0 线西，下二水平以上8 m 至 下二水平以下3 4 m 。矿体走向为N 7 0 。w 左右，倾向 s ，倾角4 0 。左右，1 0 线以西向S W 方向倾状。矿体 的形状呈似层状，受围岩层理，构造与接触部分构造 控制，矿体复杂，连续性不好，品位不均匀。矿体和 硅卡岩中节理和断层发育，岩石不稳固。矿体顶板 为灰岩，底板为硅卡岩。矿块长7 0 m ，宽2 2 m ，高 2 0 m 。存窿矿石量5 1 0 0 0 t ，平均品位0 ．6 3 ％，金属 量为3 2 1 ．3 t 。 1 ．2 注浆防漆技术方案 根据试验矿块的工程布置特征及地理位置，决 定采用注浆防渗技术方案。即在试验矿块的下部、 集液巷道内钻凿上向倾斜的注浆孔，通过小型试验 确定注浆孔间距及注浆工艺参数，注浆材料在受注 岩层中形成结石，堵塞岩层中的裂隙和大的地质构 造，在试验矿块的底部形成一个类似“锅底”形状的 基金项目国家财政部资源补偿费重点资助项目 国财字[ 1 9 9 8 ] 4 8 6 收稿日期2 0 0 2 1 2 一1 3 作者简介刘孥 1 9 6 7 一 ，男，廿肃兰州市人，高缴工程师 防渗层，增强岩层的抗水性能，浸出液经过耙道口流 人集液巷道内。 1 ．3 注浆工艺流程设计 为满足试验采场注浆施工要求，本着简化工艺 流程、降低成本的原则，采用图1 所示注浆工艺。 哼圈匿掣匿笋匡掣 甲甲下 ＼T 瓜豪霸 铷圃 叵婴蚱L 、圜 圃7 刊 ～叶姻 {} ～，厘圊 图1 注浆工艺简图 F i g ．1 S c h e m eo fp e n e t r a t i o nt e c h n o l o g y 采用半循环式全孔一次注浆工艺，在更换注浆 孔时，通过操纵控制阀实现不停机更换止浆塞。施 工时，首先将止浆塞安装在注浆孔的孔口处，将全孔 作为一个注浆段。然后在注浆管的管路中安装上孔 口压力表、孔口阀、控制阀、回浆阀等装置，连接注浆 泵和搅拌箱等设备。注浆泵以一定的压力和一定的 排浆量压送浆液，在进浆量大于岩体吸浆量的情况 下，注入的浆液一部分进人岩体裂隙中，另一部分经 由回浆阀和回浆管又返回到搅拌箱中。由于浆液的 循环是在孔口处而不是在孔内，故称为半循环式注 浆工艺。在更换止浆塞时，首先关闭控制阀和孔口 阀，卸下注浆软管，安装到下一个止浆塞上。这种注 浆方式的优点在于可使浆液保持循环流动状态，减 少水泥浆沉淀，保持孔内压力稳定，缩短注浆时的非 工作时间，对注浆质量有利。 受凄趸 受注m 蕊 万方数据 第3 期 刘坚等注浆防渗技术在地下溶浸中的应用 2 注浆防渗试验结果 2 ．1 注浆材料 可用注浆材料非常多，以水泥为主，亦可用粉煤 灰、矸石土、黏土、特别是膨润土等廉价材料取代水 泥。对于特殊地层及特殊要求的注浆工程也可采用 化学材料。考虑到试验矿块范围比较小，注浆工程 量不大，为减化工艺流程，采用水泥浆作注浆材料。 寿王坟铜矿自产3 2 5 ～5 2 5 8 矿碴水泥，水泥货源充 足，供应方便，而且价格低廉。水泥浆性能见表l 。 表1 水泥浆性熊测试结果 T a b l e1p e r f o r m a n c eo fe e m e mu s e df o rp e n e t r a t i o n 絮端蠢gc 度m 1 肾嵩产等备注 水水混 ／ -q ／％初凝终凝 ’。 0 4 118 99 6 83 2 14 5 2 06 l16 39 1 ．94 8 2 7 1 6 08 ’1 15 67 9 ．15 8 71 0 6 9 1 0 ll4 77 216 3 61 3 3 2 l2 11 ．4 l6 5 ．37 3 91 4 3 3 l411 ．3 55 6 ．67 9 11 7 3 4 08 l 1 ．5 38 0 ．2 5 6 7 8 5 8 加早强荆 1011 ．4 77 3 ．45 9 31 2 4 9加早强荆 注 1 水泥材料为寿王坟铜矿4 2 54 矿碴水泥； 2 试验宣温度 为2 7 ℃； 3 早强剂及用量，三乙醇胺o ．0 5 ％．食盐o ．5 ％。 由表1 可知，随水灰比增大，水泥浆结石率减 小，水泥浆初凝和终凝时问延长，但流动性能更好。 在水泥浆中加入三乙醇胺和食盐等早强剂，对水泥 浆的结石率影响不大，除0 ．8 1 水灰比条件下水泥 浆终凝时间缩短4 h 多，添加早强剂对水泥浆的初凝 和终凝时间影响都不大，可考虑不用早强剂。 水泥浆结石率对防渗效果影响较大。结石率高， 不仅结石体强度大，而且裂隙填充度较高，有利于防 渗。另一方面，由于水灰比小，浆液流动性能差，不利 于浆液的扩散，影响到注浆孔距及注浆成本。因此， 合理选择浆液浓度是注浆工艺的重要环节。事实上， 注浆过程中，浆液在裂隙中存在浓缩过程。当注浆完 成时，裂隙中水泥浆的浓度大大高于原灰浆浓度，水 泥浆中的多余水分会沿着岩层的构造裂隙向四周排 出。因此，在选择注浆浓度时也不宜过分追求高浓 度，而应充分考虑岩体的可注性及扩散范围。 2 ．2 注浆小型试验 2 ．2 ．1 试验地点的选择。考虑试验结果的代表性 和实际意义，所选试验地点的地质条件应与采场的 地质条件相近或相似。注浆施工现场为下二中段以 下3 4 m 水平、6 0 8 1 试验采场底部耙道内，因而注浆 小型试验地点选在下 中段3 4 m 水平的另一闲置 1 1 3 巷道内。在试验现场的地质条件与试验采场的地质 条件相近，基本可代表试验采场的地质条件。 2 ．2 ．2 小型注浆试验设计。一般的注浆工程均采 用下向或下向倾斜孔。但是，考虑到溶浸采矿防渗 注浆的特点，注浆孔必须为上向倾斜的V 型平行 孔。因此，将试验注浆孔设计为上向倾斜的平行孔， 倾斜角度为8 9 ，在每个注浆孔的上、左、右分别布置 观察孔，各观察孔与注浆孔保持平行，距离依次为 l m ，1 ．5 m 和2 m ，观察孔的孔深与注浆孔的孔深相 同。小型注浆试验设计共有1 0 个注浆孔，孔径 6 0 m m ，2 8 个观察孔，孔径6 0 m m m 。其中，4 ，0 m 深 的注浆孔有6 个，观察孔1 8 个，1 2 m 深的注浆孔4 个，观察孔1 0 个。 试验时，注浆前先对注浆孔注水，检查注浆孔在 注浆前的吸水情况，然后再注浆，水泥浆凝固后，再 用钻机将注浆孔扫通，进行注水试验，检查注浆后注 浆孔吸水情况，也就是检查注浆效果。进行了不同 浓度、不同孔深的注浆试验，并进行注浆前加注与不 注稀水玻璃的对比。 2 ．2 ．3 小型试验结果。小型试验每米孔注浆量以水 灰比为1 ．2 1 时最高，浓度过高或过低均使注浆量减 少。每米孔注浆量与孔深关系不大。所以，将注浆孔 全长作为下一个注浆段进行半循环式全孔一次注浆 是可行的。在相同浓度情况下，注浆前加注稀水玻 璃，可以大大提高浆液的注入量，提高注浆效果。所 有注浆孔的注浆效果都很好，与注浆前相比注浆孔的 单位吸水率均有大幅度地降低，说明对钻孔实施注浆 的确可以封堵岩体的裂隙，提高岩体的防渗能力，达 到防渗的目的。浆液扩散最大半径为1 ，5 m 。 2 ．3 试验采场洼浆施工 由注浆小型试验结果得出，试验采场注浆工艺 参数为孔距，2 m ；注浆压力，1 ．5 ～2 ．O M P a ；浆液水 灰比，1 ．0 ～2 ．0 1 ；水玻璃注入量，3 0 ～4 0 L ／m 孔； 注浆结束标准，孔内不再吸浆后至少延续1 5 m i n 。 表2 注浆主要技术经济指标 T a b l e2M a i nt e e h n i c o e c o n o m i c a li n d e x e s o fp e n e t r a t i o nt e c h n o l o g y “ 下转第1 2 9 页，C o n t i n u e do nP ．1 2 9 万方数据 苎 塑 墨查竺竺 圭堑苎苎苎垄堕壅 尘竺鱼壁兰苎望竺塞塑三里 竺些里 A p p l i c a t i o no fS o i l - n a i l i n gW a l lT e c h n i q u et oC o m p r e h e n s i v eB u i l d i n g F o u n d a t i o nP i tS l o p eS u p p o r to fC h i n e s eM i t i g a t i n gN a t u r a lC a l a m i t yC e n t r e ⅣUy 0 “ 巾o n 9 1 ，L I J i a n s [ 1 e ‘ 1B e i j i n g Z h o n g t i ec b n 5 c 州c f t 。n E n g i n e e r i n g C a r p ．，B e i j n g1 0 0 0 4 0 ．C h i n a ； 2B e i j i n g G e n e r a l R e s e u r c h I n s t i t u t eo f M i n i n ga n d M e t a [ 1 u r g y ，B e i j n 9 1 0 0 0 4 4 ．C h i n a A B S T R A C T T h ek e yp o i n t so fd e s i g na n dc o n s t r u c t i o no ft h es o i l n a i l i n gw a l ls u p p o r tt e c h n i q u ea n di t sa p p l i c a t i o nr e s u l t si nt h ef o u n d a t i o np i ts l o p ep r o j e c to ft h ec o m p r e h e n s i v eb u i l d i n go fC h i n e s eC e n t r eo fM i t i g a t i n gN a t u r a l C a l a m i t ya r ed e s c r i b e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h es t r e n g t ho ft h ep e n e t r a t i n gc o n c r e t ei sh i g h e rt h a nt h a td e s i g n e d ．t h ea v e r a g ed r a w i n gr e s i s t a n c eo ft h ep e n e t r a t e ds o i l n a i l i n gw a l li s2 4 k N ／mm e a s u r e db yt h eM L 一2 0a n t h o re x a m i n e r ．T h eh i d d e nt r o u b l et e s to ft h ec o i l n a i l i n gw a l li se l i g i b l e ，a n dt h ei n t e g e rc o n s t r u c t i o ni se x c e l l e n t ．W h i l et h ec o n s t r u c t i o ni sf i n i s h e d ，f o u n d a t i o np i ts l o p ei ss t a b l ea n dw i t h o u tc r a c k l e ，a n dt h em e a s u r e dd i s p l a c e m e n ta n ds u b s i d e n c ee t co ft h es l o p ea r ei nt h ep e r m i t t e dr a n g e s ．I ti sp r o v e nb yp r a c t i c et h a tt h es u p p o r to f f o u n d a t i o np i ts l o p eb yu s eo fs o i l n a i l i n gw a t lt e c h n o l o g yi sl o wi nc o s t ，s h o r ti ns c h e d u l e ，r e l i a b l ei ns e c u r i t y ， a n dw i t he c o n o m i c a la n ds o e i a lb e n e f i t s ． K E YW O R D S c o n s t r u c t i o ne n g i n e e r i n g ；f o u n d a t i o np i ts l o p e ；s o i l n a i l i n gw a l l ；s u p p o r t 上接第1 1 3 页C o n t i n u e df r o mP ．1 1 3 根据试验矿块特定位置、矿块垂直投影图形状 及注浆施工地点，在采场的端部设计了平行的“V ” 形注浆孔，排间距2 m ，4 0 排，每排2 孔，共8 0 个注 浆孔。钻孔总长度8 0 0 m 。另外设1 0 个检查孔，检 查查孔的方向与注浆孔平行且与注浆孔的深度相 等，用于检查注浆结果。试验采场注浆主要技术经 济指标见表2 。 3 结语 试验结果和现场施工效果表明，注浆防渗技术 用于寿王坟铜矿上部采空区内存窿矿石地下溶浸是 可行的，所选择的防渗漏技术方案合理，各项技术参 数合适。 参考文献 [ I ] 采矿手册编委会．采矿手册第6 卷[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 1 [ 2 J 北京矿冶研究总院，寿王坟铜矿．寿王坟锕矿空区存窿矿石就地细菌爱出技术及工业化研究报告[ R j ．北京北京矿冶 研究总院．2 0 0 1 [ 3 ] 井巷掘进编写组．井巷掘进 第二分册 [ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 7 7 [ 4 ] 淮南煤炭学院．焦作矿业学院，中国矿业学院．等．矿井地质爰矿井水文地质[ M ] 北京煤炭工业出版社，1 9 7 9 A p p l i c a t i o no fG r o u tC u r t a i na n d P e n e t r a t i o nR e s i s t a n c e T e c h n o l o g yi nI n - s i t eL e a c h i n g L I U J i a n ．Y U B i n ，J J Z h a o m n g ，C ／f E N 胁 B e l j i n g G e n e r a l R e s e a r c hh ，t 2 t “ “。，M i n i n ga n d M e t a l l u r g o ，8 e i j i n gt O q 0 4 4 ，C h i n a A B S T R A C T T h er e s u l t sa n de f f e c t so fe x p e r i m e n ta n dp r a c t i c ei nt e s ts t o p eo ng r o u tc u r t a i na n dp e n e t r a t i o nr e s i s t a n c e t e c h n d o g yf o rs o l u t i o ns e e p a g ep r e v e n t i o no ft h er e s i d u eo r ei n - s l t ul e a c h i n gi nS h o u w a n g f e nC o p p e rM i n ea r e d e s c r i b e d ．I nt h eo p e r a t i o no ft e s ts t o p e ，t h et o t a ll e n g t ho fp e n e t r a t i o nh o l e si s7 9 8 ．4 m ，t h ep e n e t r a t i o nv o l u m e i s l l ．3 7 L m _ 。一h o l e ，a n d t h ep e n e t r a t i o np r e s s u r e i s l ．5 ～2 ．0 M P aa n d t h eC O S t i s l ．0 6 t 一1 0 r eT h e w a t e r a d s o r p t i o nr a t ea n ds e e p a g ec e e f f i e i e n t o ft h ep e n e t r a t e do r eb o d ya r e0 ，2 5 9 L 。r a i n 一1 ‘m 一1 ’m 一1H 2 0a n d 0 ．0 3 0 1 m d - 。r e s p e c t i v e l y ．T h eg r o u tc u r t a i na n dp e n e t r a t i o nr e s i s t a n c et e c h n o l o g yi sf e a s i b l et op r e v e n tt h es o l u t i o ns e e p a g eo ft h er e s i d u eo r ei n s i t ul e a c h i n gi nS h o u w a n g f e nC o p p e rM i n e K E YW O R D S m i n i n ge n g i n e e r i n g ；g r o a tc u r t a i na n dp e n e t r a t i o nr e s i s t a n c et e c h n o l o g y ；c e m e n ts l u r r y ；i n s i t ul e a c h i n g 万方数据