高濃度、高流動性水泥注漿在阿舍勒銅礦的應用研究

鐘志強

（新疆哈巴河縣阿舍勒銅業股份有限公司 哈巴河 836500）

1 研究目的

阿舍勒銅礦多數永久巷道存在來壓現象，產生地段多破碎帶、礦區斷層、礦巖接觸帶等區域。通過注漿技術改變圍巖力學性質，使圍巖對于變形的自控性能以及整體性能得以強化。且注漿后可對存在空隙、裂縫進行較佳地控制，從而使圍巖的一體性與堅固性得到有效保障，同時也能防止先前存在的縫隙不再擴展，提升圍巖強度，保證施工的安全，使礦井作業效率得以提高。

通過一系列相關試驗，確定出合適的注漿相關參數。井下現場實際注漿實驗選擇在地下應力大、巷道服務時間較長的軟破凝灰巖或斷層破碎帶區段進行，預期實驗將達到以下要求：漿料3d抗壓強度大于10MPa、0.5水灰比滲透范圍達5m、巖性膨脹變形率降低50%、相比傳統支護方法費用降低10%。

1.1 項目總體目標與研究內容

優化注漿參數，選取更有優點的材料，達到更好的注漿效果，控制圍巖變形破壞。通過對比實驗，得出超細水泥注漿的合理配比。

1.2 項目研發總體思路與工藝技術路線

針對不同的情況采用不同的注漿參數以及不同的注漿材料。針對圍巖裂隙大于10mm的區域采用普通水泥注漿，針對裂隙小于10mm的區域采用超細水泥注漿。為保證高濃度漿液的流動性，需通過對比試驗，選擇合適的助流劑及其添加配比。

施工步驟：用YT-28鉆機施工Φ40cm注漿鉆孔，鉆孔盡量垂直巖面，深度2～3m，鉆孔間排距2～2.5m。孔內安裝長度2～3mΦ18cm螺紋鋼水泥卷錨桿，并將50cmΦ15注漿鋼管放入鉆孔內，外露10～15cm，用水泥速凝錨固劑封口。為防止漏漿，采用巷道素噴方式止漏（厚度3～5cm）。注漿前需檢查注漿管是否堵塞，錨桿是否有松動。后期通過錨桿拉拔力檢測、地質鉆取芯、地表試塊單軸抗壓試驗等方式論證效果。

2 研究過程

2.1 注漿參數確定

2.1.1 助流劑選型

超細水泥由于細度高和表面積大，保水性很強，把這種漿液灌注地層后將因多于的水分不易排除，導致巖石強度顯著降低，同時高濃度普通水泥漿液因漿液濃度增加而產生的流動性降低的問題，也需要解決。為此公司采購了兩種不同的助流劑，通過實驗對比，選擇合適的助流劑類型和配比。

實驗設計三組助流劑配比，分別試用于普通水泥和超細水泥，通過塌落度實驗和單軸抗壓強度測試，選擇確定助流劑類型和添加配比。實驗數據如表1。

綜合對比實驗數據，助流劑A的性能略好于助流劑B，助流劑的在100：1（水泥：添加劑，重量比）的配比下效果明顯最好。助流劑對的抗壓性能無明顯影響。故確定選用助流劑A作為注漿添加劑，添加配比為100：1。

2.1.2 注漿半徑確定

選擇具有代表性的巷道進行注漿，通過鉆取巖芯來確定注漿擴散半徑。

通過實驗發現高濃度普通水泥漿液在裂隙大于10mm的區域注漿擴散半徑在3-4.5m。高濃度超細水泥漿液在微裂隙區域擴散半徑在1.5-2.5m（根據裂隙發育程度和注漿工藝區別，可能有所浮動）。

由于設備以及工藝問題，無法對其他參數（注漿壓力、凝固時間等）進行準確測量分析，故按照工人現場經驗數據處理。根據實驗數據，綜合考慮將普通水泥的注漿孔排距設置為2.5m，每排布置2個，超細水泥的注漿孔排距設置為2m，同樣每排布置2個。

2.2 現場注漿實驗

2.2.1 實驗注意事項

為保證注漿錨桿的錨固質量及圍巖注漿過程中的封孔效果，錨桿必須按照設計要求進行加工和安裝；注漿泵水平放置在巷道底板上，不允許注漿泵在注漿過程中有晃動、傾斜等現象發生，隨時注意對拉桿及行程閥杠桿等活動部位的潤滑；漿液必須按照設計配比進行調配，調漿前篩除水泥中的雜物，并在專門的調漿容器中進行調漿工作；開泵前先檢查觀察注漿、管路等的變化情況，如有異常，應立即停機檢查，待查明原因、排除故障后，方可繼續工作。部分實驗數據如圖1、2，部分注漿管堵塞，無法進行注漿。

2.2.2 數據分析

圖1 注漿錨桿安裝效果圖

圖2 整體安裝效果圖

每孔的實際注漿量的大小，在實驗中存在較大差異，與圍巖間的裂隙聯通有關，如幾個注漿孔之間裂隙聯通，從其中一個孔可能會注滿整個聯通的裂隙，從而其他孔的注漿量降低，而其中個別孔的注漿量遠遠大于其他孔。所以不能以單純的注漿量來衡量注漿效果。同時為保證實驗有效性和準確性，應在一段時間后進行錨桿拉拔實驗和圍巖變形監測來綜合驗證注漿效果。

2.2.3 存在問題及后期

①水泥漿液在現場調制，由人工攪拌，消耗時間較長，平均每次拌料耗時20分鐘，每次拌漿僅能注3-5個孔，效率低。②人工拌料，漿液中存在結塊現象，導致漿液濃度與設計值存在差異。③漿液沉淀離析較快，需要不停地攪拌。④圍巖來壓變形不是十分明顯的區域，注漿量十分有限，漿液難以注入。

3 研究結論

根據目前實驗進展來看，高濃度、高流動性注漿技術對地壓的控制效果暫時不能有效檢測，但是通過一系列實驗和分析，初步確定了注漿的相關參數和技術要點，通過后期繼續研究觀測，將確定注漿支護的有效性以及經濟性。若達到預期的目標，可以逐步在井下各中段進行適用，同時替代目前代價較大的工字鋼和U型鋼支護工藝，對深部巷道或者圍巖破碎區域可以考慮采用全斷面注漿支護加固，以減少后期維護費用和對生產的影響。