鉆孔混凝土灌注堵水墻方案設計及應用

何慶倴

(梅州市玉水硫銅礦, 廣東梅州市 514743)

鉆孔混凝土灌注堵水墻方案設計及應用

何慶倴

(梅州市玉水硫銅礦, 廣東梅州市 514743)

采用地表鉆孔灌注混凝土構筑井下堵水墻可實現井下治水目的。探討鉆孔混凝土灌注構筑堵水墻的設計形式、厚度計算、混凝土灌注及施工質量控制要求。介紹了一成功應用實例,為礦山井下防治水提供了經驗。

鉆孔混凝土灌注堵水墻;厚度計算;灌注參數;施工質量控制

在井巷工程施工及礦山開采的探礦掘進過程中,經常會碰到大型斷裂帶和巖溶帶涌水,甚至導致淹井,當涌水量補給較大而無法在井下實施治水目的時,采用地表鉆孔混凝土灌注構筑堵水墻,是一種較好的治水方法。本文就鉆孔混凝土灌注堵水墻的設計形式,厚度計算,混凝土灌注及施工質量控制進行探討。

1 堵水墻的結構形式

堵水墻一般采用“混凝土”或“混凝土+巖石錨桿”結構,堵水墻混凝土強度C25,抗滲等級S8。堵水墻采用鉆孔混凝土灌注施工,然后鉆孔抽芯檢測。灌注鉆孔及注漿檢測鉆孔平面上呈“一”字直線布設,布置在巷道中部,檢查孔、補灌孔可布設在灌注孔的兩側,孔間距為2.00～3.00m。

施工工序為:鉆孔-清孔-沉渣檢查-混凝土灌注-抽芯檢查-注漿(多次)-安裝錨桿+注漿(必要時)。

2 堵水墻厚度的確定

2.1 經驗計算法

計算模型見圖1,巷道封堵有效厚度按下式計算。

圖1 堵水墻厚度計算模型

式中:B2——混凝土堵水墻厚度,m;

a——井巷寬度,m;

b——井巷高度,m;

P——靜水壓,MPa;

[t]——混凝土的抗折強度,MPa。

2.2 按《采礦手冊》推薦的公式計算

計算模型見圖1。

上部厚度:L1=〔λHab/((2m.nτ(a+b)-b/tgφ))〕

下部厚度L2=〔λHab/((2m.nτ(a+b)+b/tgφ))〕×2

式中:φ——外側砼面與水平面夾角,°;

λ——超載系數;

H——地下水壓,MPa;

m.n——粘結強度與抗剪強度比;

τ——加固體抗剪強度,MPa。

2.3 抗滲厚度的校核

堵水墻抗滲厚度采用下式校核:

式中:K——混凝土滲透系數;

H——水壓,m/m2;

S——堵水墻面積,m2。

3 混凝土灌注

3.1 選材及混凝土配制

水泥可采用42.5級抗硫酸鹽水泥,粗骨料規格為10～20mm,細骨料為級配良好的中砂。最大水灰比0.45,砂率大于50%,碎石最大直徑20mm,混凝土配合比為水∶水泥∶砂∶石=0.4∶1∶1.75∶3.5,具體可由試驗確定。外摻劑可根據設計選用減水劑、緩凝劑及高效防水劑。

3.2 混凝土灌注量的確定

C25混凝土水下休止角可取35°。

巷道堵水墻混凝土灌注量計算如下:

式中:V——單條巷道混凝土灌注量,m3;

L1——上部封墻厚度,m;

L2——下部封墻厚度,m;

a、b——巷道的寬和高,m;

r——灌注鉆孔半徑,m;

h1——巷道底部至孔底的距離,m;

h2——巷道頂部至擬設計混凝土灌注面高度,m;

K——充盈系數。

3.3 注漿

抽芯檢查結束后進行注漿施工。

(1)注漿材料可采用42.5級水泥漿,首次注漿水灰比0.75∶1～1∶1,終注水灰比0.50∶1～0.75∶1。

(2)注漿壓力應根據進漿量酌情調整,首次注漿壓力不超過0.5MPa,第二次注漿時控制在0.5～1.0MPa,終注壓力控制在1.5～2.0MPa;進漿量首次控制在7～10L/min,最大不超過20L/min,初灌水泥漿初凝之后,終凝之前進行復注。

(3)注漿時間的要求。普通水泥漿初凝時間在2h50min左右,加入適量速凝劑后初凝時間可縮短到30min以內。因此第二次注漿基本上控制在第一次注漿結束后3h,加入速凝劑的相應縮短第二次注漿的間隔時間。注漿壓力大于2.0MPa或不進漿時結束注漿。

4 鉆孔質量控制

(1)嚴格控制鉆孔的傾斜度,開工前應有可靠的測量資料作為基礎,鉆機就位開鉆前,必須用測量儀器對鉆機進行調平,保證開孔的垂直度符合設計要求,并且每日開鉆前對鉆機進行水平較正。正常施工時,每5～10m用高精度鉆孔測斜儀測斜一次,地層復雜或對孔斜有懷疑時隨時進行測斜。

(2)考慮到滿足安裝混凝土灌注導管及孔斜偏差因素,及混凝土灌注對工程的影響,灌注鉆孔開孔直徑為Φ500mm,終孔直徑不小于Φ450mm。注漿檢查孔開孔直徑為Φ450mm,終孔直徑不小于Φ350mm。

(3)清孔質量直接影響其后混凝土灌注施工質量、防滲效果。因此,必須嚴格把關,確保清孔質量。清孔用空壓機風量保證能夠達到20m3/min,風管、出水管安裝時要進行密封處理。出水管長度必須大于孔深,確保能清除孔底的鉆渣、泥砂。同時可放入水下電視到孔底和巷通底板部位進行水下攝像直觀檢查,確保清孔質量達到要求。

5 應用實例

2006年廣東省某銅礦井下原堵水墻存在質量問題,堵水墻內8萬m3水對現有礦區存在威脅。為此,在原堵水墻西側設計新增一道堵水墻,采用地表鉆孔混凝土灌注構筑堵水墻,安裝錨桿加固,注漿防滲。堵水墻設計如圖2所示。

圖2 堵水墻設計

主巷和副巷各布設一個混凝土灌注鉆孔,4個檢查注漿孔,鉆孔處在巷道中部,孔深164m。經計算,堵水墻厚度L1為10m,L2為18m,混凝土灌注量為單條巷道141m3。堵水墻嚴格按設計進行施工,確保施工質量。工程完成后,開啟原堵水墻閘閥進行放水試驗,放水時水壓明顯下降,最后水量穩定在50m3/h,關閉放水管閥門后,水壓恢復緩慢,說明新增堵水墻封堵質量達到了預期效果。不足之處是灌注體兩端沒有設計阻漿體,混凝土灌注量比設計偏大,如果灌注體兩端各打一個鉆孔下放碎石封堵兩端作為阻漿體,則效果更好。

[1]《采礦手冊》編委會.采礦手冊[M].北京:冶金工業出版社,2005.

[2]曾榮秀.注漿技術經驗匯編[M].北京:煤炭工業出版社,1988,5.

[3]GB50010-2002.混凝土結構設計規范[S].

[4]辛小毛,王 亮.大水金屬礦山防治水綜合技術方法的研究[J].礦業研究與開發,2009,(2):78～81.

[5]劉正宇,李愛兵,尹彥波.望兒山金礦中深孔預注漿堵水技術研究[J].礦業研究與開發,2007,(5):87～89.

2009-12-21)

何慶倴(1968-),男,廣東梅州人,工程師,主要從事礦山水文地質和安全管理工作,Email:hqb22@qq.com。