摘要：帷幕注浆技术已成为大水矿山治水的主要技术手段之一。分析了帷幕注浆技术的特点、分类、影响因素以及在大水矿山中的应用现状，介绍了近几年帷幕注浆的成功案例、帷幕注浆监测、检验技术，指出了帷幕注浆理论研究存在的问题和注浆技术的发展方向。
关键词：帷幕注浆；大水矿山；治水
一、帷幕注浆技术的技术原理及特点
帷幕注浆是注浆法的一种，多年来，我国水利科技工作者对帷幕注浆理论进行了大量的研究，提出多种注浆理论。对裂隙岩体注浆渗流规律、破裂岩体注浆加固后的本构模型进行了研究，通过绘制成功树对岩体注浆理论的可靠性进行了分析研究，帷幕注浆的实质是通过地质探孔和注浆孔，将在水中能固化的浆液通过注浆孔压入含水岩层中（裂隙、孔隙、洞穴），经过充塞、压密、固化过程后，在主要过水断面上形成一条类似帷幕状的相对隔水带，以减少涌水量的一种技术。帷幕注浆技术就是应用钻机在矿山富水床中进行地质探孔和钻注浆孔，将能够在水中凝固胶结的混合注浆液压入孔隙中，使得富水床岩裂隙中的水道被有效封堵，形成一条类似帷幕状的隔水带，将富水床中的突水事故进行有效防治的一种封堵技术措施。从帷幕注浆技术的原理可以看出，帷幕注浆技术具有连贯性的特点，能够在地质岩层中构筑一条上下连续的防水坝；帷幕注浆技术具有注浆液用量大的特点，由于富水床空间较大，帷幕路径较长且连续不断，因此，需要较大的注浆液；帷幕注浆技术具有较大的灵活性。这里所说的灵活性是指此技术的应用可以根据实际工程需要进行合理调整，对于地面帷幕或是地下帷幕以及地下富水床岩层水量特点不同可进行灵活改变施工方案，这种改变可以在降低成本的前提下提高堵水率，实现有效治水；帷幕注浆技术具有低投入高回报的特点，在地下富水矿山应用帷幕注浆技术，能够大量取代排水措施，将排水费用节约下来，降低了治水成本。另一方面，帷幕注浆技术将水封堵在岩层中，封堵效果非常明显，能够有效治理突水涌水事故，而且对于保护地下水资源环境具有十分重要的意义[1]。
二、帷幕注浆技术在大水矿山中的应用
近年来，帷幕注浆技术工程在地下大水矿山的应用效果明显，大量取代了疏干排水技术，在开采成本上大大降低，在安全保护、地下水资源环境保护中效果明显。因此，帷幕注浆技术工程的应用将越来越广泛。下面对帷幕注浆技术工程在地下铁矿开采中的应用要点进行分析。
（一）帷幕注浆技术工程在某地下大水铁矿开采中的应用概况
帷幕注浆技术除关键施工技术外，其施工工艺可以随着大水矿山的地质结构及富水程度进行灵活更新。因此，在应用时，首先必须对铁矿的地质岩层结构、应力变化趋势以及富水岩层进行试验研究与分析，从而根据帷幕注浆经验加以斟酌，确定最合理帷幕注浆施工工艺。具体应用如下：
（1）根据对铁矿富水岩层的观察，配合涌水现象，水压监测以及岩层裂隙发育情况，收集岩层水源的详细信息数据，为帷幕注浆技术提供可靠的设计依据。
（2）根据矿山开采进程和总体布局，在开采的过程中进行水平穿脉钻孔注浆，形成方向一致的水平帷幕。
（3）根据铁矿的开采进程中涌水现象的观察与分析，发现西部矿体的导水岩溶裂隙主要分布发育在矿床的西南部、东南部和矿岩上下盘接触带，为了更好的进行封堵，设计横斜方向钻孔注浆，形成横斜方向的帷幕。
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（4）针对铁矿的富水层的形成机理特点，在特殊富水区域设计群孔注浆技术，增加这些地段的安全可靠性。无论是水平帷幕还是横斜帷幕，更或是群孔帷幕注浆，都需要先试验确定最佳的帷幕参数，注浆方式，注浆有效长度以及注浆的相关参数，然后再进行实际注浆施工。实践证明，帷幕注浆技术在地下大水铁矿中的应用效果明显，降低了开采成本，提高了封堵率，并且有效的保护了地下水资源环境。
（二）帷幕注浆技术工程在地下大水矿山应用的技术要点
随着帷幕注浆技术的不断发展，注浆材料不断升级，由最初的单一水泥注浆液发展到现在的化学注浆液为主的混合注浆材料，帷幕注浆技术随之更新。帷幕注浆技术工程在地下大水铁矿中应用的技术要点如下：
（1）注浆材料的选择
地下大水铁矿中岩层裂隙发育情况以及岩层的特性等是注浆材料选择的关键。考虑到地下水源的保护，结合实际工程进行注浆材料的选择，要满足以下要求：浆液粘度低，可注性好，能满足浆液扩散半径要求；浆液结石率高，抗渗性好，稳定性好，结石长期在水中浸泡不发生态变；矿区地下水是居民生活水水源，因而要求浆液无毒、无嗅，对环境无污染，对人体无害；制浆及灌注工艺简单，便于操作，且价格低廉。
（2）注浆参数及注浆方式的确定
由于地下铁矿开采深度不同，开采岩层物理特性不同，在注浆方式的选择上需要根据实际工况进行上行式注浆方式、下行式注浆方式的合理选择与应用。对于注浆参数，需要在实验的基础上根据工程需要要求，抗压能力等进行确定。其中帷幕注浆厚度确定既要满足幕体的抗压强度要求又要满足抗渗标准，从而确定注浆帷幕有效厚度，并对其厚度值进行模拟分析验证才能最终确定；对于注浆浓度，原则是先稀后浓，用不同浓度的浆液分别去适应各种不同宽度的裂隙；浆液扩散半径根据岩层不同而不同，例如灰岩裂隙含水层扩散半径为10m左右；注浆压力随着注浆孔周围浆液的扩散、沉析、充填压裂等情况的变化而随时变化，一般分为初始压力、过程压力和终值压力三个阶段。初始压力为静水压力的1.0倍，过程压力控制在1.5～2.0倍静水压力间，注浆终压为2.5～3.0倍静水压力。当岩石裂隙不发育或岩溶裂隙中有较多充填物时，尤其是矿床顶板矿体与大理岩接触破碎带，宜采用高压（12MPa以上）注浆对其进行压密挤实、充填细微裂隙或加固处理；若岩溶裂隙发育，则应采用低压、浓浆、定量间歇注浆方法，以免浆液扩散过远，造成浪费。对于浆液注入量、水压试验及注浆结束标准等参数，都要符合相关标准与规范的前提下，通过试验进行确定，必要时可以进行二次帷幕注浆或群孔帷幕注浆技术的应用来进行加固，从而保证帷幕注浆技术的应用效果。
（3）帷幕注浆质量检查
在帷幕的上、中、下3个位置，对注浆段进行取芯和压水试验。针对粘土水泥浆注浆施工，可以取三孔，按邻孔的对应注浆段，应用公式压水吸水率ω=Q/P×L，式中Q—压水流量（泵量），L/min；p—压水压力（水柱高度），m；L—地层单位长度，m。对三孔结果取平均值然后对照常规参数进行对比，从而确定帷幕注浆质量是否合格[2]。
结语
帷幕注浆技术以其较大的治水优势为地下大水矿山开采提供了实用性强、易于操作的治水技术，随着帷幕注浆技术的不断成熟，其应用范围不断扩大，能够在各种地下矿山开采中应用，也能够在水库、隧道施工中应用，保证施工的安全性。
参考文献
[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，2010，26（03）：21-24.
[2]白聚波，李现波，杨清莲.帷幕注浆技术在大水矿山治水中的应用[J].石家庄铁道学院学报（自然科学版），2008（01）：80-83.
论文作者:刘磊1,刘培跃2,贺敬平3
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第27期
论文发表时间:2019/1/4
标签：注浆论文; 帷幕论文; 技术论文; 岩层论文; 裂隙论文; 大水论文; 浆液论文; 《建筑学研究前沿》2018年第27期论文;