楊八九，侯克鵬，王建貴，王永高

(1.云南亞融礦業(yè)科技有限公司，昆明 650093；2.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，昆明 650093；3.云南錫業(yè)股份有限公司，云南 個舊 661000)

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展和對外開放需要，各種地下工程得到廣泛應(yīng)用，良好地基條件越來越少，一些建筑和工程不得不坐落在不良場地上，工程中所遇到的軟弱巖土加固補(bǔ)強(qiáng)和地下水災(zāi)害防治，已成為巖土工程師迫切需要解決的問題，越來越引起學(xué)術(shù)界和工程界的關(guān)注[1-2]。在眾多工程措施中，注漿技術(shù)的出現(xiàn)和廣泛推廣應(yīng)用[3-4]，為該領(lǐng)域問題的解決開辟了新的思路，提出了新的方法，使“散體變塊體”的夢想已不再是神話，巖土工程面貌由此而發(fā)生了全新的改變，當(dāng)工程穩(wěn)定性達(dá)不到要求時，都可以采用注漿方法進(jìn)行加固。井下松散體通過注漿加固形成人工礦柱或者提高廢石充填體的強(qiáng)度[5-6]，對回采礦柱、減少貧化、充分回收礦石資源有著重要的作用。

云錫老廠錫礦13-2-3#礦體探獲礦體儲量：(C+D級)礦石量200.182萬t，其中：錫銅礦石量194. 541萬t，銅品位2.215%，銅金屬43 100 t；錫品位0.343%，錫金屬6 663 t，鉛硫化礦(D級)礦石量：5.641萬t，鉛品位4.28%，鉛金屬2 414 t，潛在價值巨大。13-2-3#礦體開采時常有廢石混入，貧化嚴(yán)重，且大部分礦石無法正常出礦?；谏鲜銮闆r，提出采用注漿的方法對礦房兩側(cè)部分松散體進(jìn)行加固，減少回采礦房過程中廢石的混入。為此，通過大量理論計算分析，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際開展了工業(yè)試驗(yàn)，減少了廢石混入，有效降低了礦石貧化。

1 工程概況

本次試驗(yàn)塊段位于云錫老廠錫礦13-2-3#礦體中盤區(qū)5#礦房，該礦房礦石類型為硫化礦，上盤為大理巖，下盤為花崗巖和變輝綠巖，礦房長37 m，寬12 m，平均厚度13.5 m，地質(zhì)礦量20 396 t，錫品位0.332%，錫金屬65.588 t；銅品位3.164%，銅金屬644.475 t。由于中5#礦房南部4#礦房和北部6#礦房在回采結(jié)束后進(jìn)行了廢石充填，所以在中5#礦房南北兩側(cè)形成了較大規(guī)模的松散區(qū)域，如不采取處置措施進(jìn)行回采，勢必大大增加貧化。為了減少廢石混入，降低貧化，研究提出對松散體進(jìn)行注漿加固，在中5#礦房南北兩側(cè)各形成一個人工礦柱隔離松散廢石，為后續(xù)工作提供良好的工作環(huán)境和空間。松散體與中5#礦房示意圖見圖1。

2 加固方案確定

方案為對礦房兩側(cè)北部和南部空場嗣后廢石充填的碎石松散體進(jìn)行注漿加固。為此，需要對注漿范圍、加固后注漿體自身的穩(wěn)定性、注漿站與松散體的位置、注漿布孔形式、封堵措施、材料、壓力等進(jìn)行確定。

2.1 注漿范圍確定及加固體穩(wěn)定性驗(yàn)算

對圖1所示的碎石松散體，注漿加固的主要目的是對中5#礦房南北兩側(cè)的松散體進(jìn)行注漿膠結(jié)，形成一個穩(wěn)定的隔離體，在后續(xù)采礦過程中，盡量減少相鄰空區(qū)4#、6#礦房內(nèi)松散巖體進(jìn)入采場。該加固方案的實(shí)施，一是可以防止礦石回采過程中廢石混入，降低貧化；二是通過注漿形成的人工礦柱能有效抑制碎石松散體的繼續(xù)移動，增加開采過程的安全性。對松散體進(jìn)行注漿固結(jié)形成的人工礦柱，主要目的在于隔離廢石，強(qiáng)度要求不是太高，能保證5#礦房采礦過程中整體不倒即可。因此，該礦柱的力學(xué)功能類似于重力式擋土墻，可按擋土墻的相關(guān)理論和方法進(jìn)行分析和計算。根據(jù)規(guī)范，要求抗滑穩(wěn)定性系數(shù)≥1.3，抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)≥1.5，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)本工程特點(diǎn)，還需滿足墻身砌體容許壓應(yīng)力≤1 300 kPa，剪應(yīng)力≤40.000 kPa，拉應(yīng)力≤20.000 kPa的條件。分析結(jié)果見表1。

從表1可見，擋墻寬度從4 m增加到6 m的過程中，拉應(yīng)力呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，直至寬度為6 m時拉應(yīng)力徹底消失。擋墻內(nèi)部不出現(xiàn)拉應(yīng)力是保證擋墻不出現(xiàn)破壞的前提條件，考慮到施工過程中工程的隱蔽性和注漿過程中漿液擴(kuò)散、松散體膠結(jié)程度等的不可預(yù)見性，結(jié)合礦山的實(shí)際，本次注漿設(shè)計的注漿寬度為6 m。

表1 擋墻計算結(jié)果表Table 1 Calculation results of retaining wall

2.2 注漿站及注漿孔

1)注漿孔方案設(shè)計

竹葉山坑13-2-3#礦體中5#礦房南北兩側(cè)松散體不結(jié)頂，且空間較大，同時中5#礦房也有通道到達(dá)松散體上部，存在松散體上部采用下向式注漿的條件。經(jīng)過多方案論證，最后選用在中5#礦房南北兩側(cè)松散體頂部采用打管注漿施工方案。具體施工設(shè)計布孔見圖2。

2)注漿站設(shè)計

注漿站設(shè)計在中5#礦房二分層平巷，位于中5#礦房中間，注漿施工前對工作區(qū)域進(jìn)行安全處理。在二分層1#切割井上放置一個體積為0.75 m3的礦兜作為儲漿池，用于存放攪拌機(jī)攪拌好的漿液，供連續(xù)注漿使用。水泥儲漿倉周邊做干燥處理，水泥儲漿倉每次堆放量應(yīng)滿足一個班次注漿需要。注漿站內(nèi)放置雙液注漿泵一臺、攪拌機(jī)一備一用共兩臺。

2.3 注漿方案

1)注漿材料

根據(jù)本工程的特點(diǎn)，選用云錫公司古山水泥廠生產(chǎn)的袋裝425普通硅酸鹽水泥作為注漿材料，注漿過程中在個別吸漿量較大且沒有明顯壓力的地點(diǎn)采用水泥-水玻璃類漿液，控制凝膠時間，提高注漿效率。

2)漿液組成及配比

純水泥注漿：水泥種類為普通425硅酸鹽水泥，漿液水灰比以0.7∶1、0.8∶1、1.2∶1三種為主(重量比)。在花管內(nèi)注漿主要采用0.7∶1、0.8∶1兩種，孔內(nèi)注漿結(jié)束后采用濃度相對較低的1.2∶1水泥漿液對散體表層進(jìn)行無壓澆注。

雙液注漿：水泥為普通425硅酸鹽水泥，水玻璃為液態(tài)水玻璃，模數(shù)2.4～3.4，濃度30～45 Be′。水泥∶水=0.8∶1(重量比)，水泥漿∶水玻璃=4∶1(體積比)。

3)注漿方式、注漿次序及注漿段高

結(jié)合本工程的特點(diǎn)，松散體中成孔難度較大，采用孔底注漿必須要求先成孔后注漿，在成孔過程中要求進(jìn)行成孔護(hù)壁方法，施工難度大、工作效率低。課題組經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)后確定采用打管注漿法，打管注漿法是使用剛度大、強(qiáng)度高的厚壁無縫鋼管，將其直接打入松散體中，用鋼管成孔，也在鋼管中注漿，使成孔和注漿在工序上緊密結(jié)合，操作也較簡單。本次注漿所用注漿花管長度為2.5 m，敲入松散體內(nèi)部2.3 m左右，外露20 cm，利于連接高壓注漿管，其中下部1.3 m在管壁上打眼，孔間距為10 cm，為出漿段，上部1.2 m管周圍不布孔，孔內(nèi)注漿結(jié)束后利用澆注對松散體上部2.0 m左右進(jìn)行固結(jié)。打管注漿法施工順序見圖3。

3 注漿加固工業(yè)試驗(yàn)

3.1 注漿過程及漿液的擴(kuò)散形式

從注漿工業(yè)試驗(yàn)開始至結(jié)束，共注入水泥210 t，水玻璃5.5 t。注漿初始階段，散體孔隙率相對較大，屬于無壓力情況下的充填注漿，漿液流通性較好，可直達(dá)散體底部，底部結(jié)構(gòu)有些位置有漿液滲出。

為了更好地控制漿液的流動范圍，避免漿液的浪費(fèi)，提高注漿效率和質(zhì)量，注漿初期采用提高漿液濃度、加入水玻璃進(jìn)行雙液注漿以及間歇注漿等方法來控制漿液流動性。

在破碎、松散巖體中注漿，漿液主要以脈狀形態(tài)擴(kuò)散，在孔隙中的軌跡是按管道流方式進(jìn)行，其特點(diǎn)是流動-擴(kuò)散-固結(jié)。因此，漿液自重的擴(kuò)散是注漿初期的主要方式，漿液進(jìn)入散體后，即使注漿泵沒有壓力顯示，漿液也會在重力的作用下沿著孔隙流動，見圖4。

根據(jù)注漿地質(zhì)體形態(tài)，并從現(xiàn)場試驗(yàn)分析，本次松散體內(nèi)滲透灌漿的擴(kuò)散形式主要如圖4(a)所示。在本次注漿施工中，在北部松散體上部布置18個注漿孔，南部34個，合計52個，在孔內(nèi)注漿結(jié)束后，利用澆注對松散體上部2 m左右進(jìn)行固結(jié)。

3.2 漿液的黏度

漿液黏度的測定方法較多，實(shí)驗(yàn)室常用的有旋轉(zhuǎn)黏度計和毛細(xì)管黏度計，錐形漏斗是現(xiàn)場最常用的方法之一。表2是現(xiàn)場使用錐形漏斗法測定的水灰比對水泥漿液黏度的影響數(shù)據(jù)。

表2 水灰比對水泥漿液黏度的影響Table 2 Effect of water cement ratio on viscosity of cement slurry

從表2可見，漿液的黏度與濃度呈正比關(guān)系，濃度越高，黏度也就越大。因此，注漿初期為了控制漿液的擴(kuò)散半徑和流動范圍，采用較高水灰比的漿液，注漿后期采用相對較稀的水泥漿液加強(qiáng)滲透，提高注漿效果。

3.3 雙液漿凝膠時間及其特性

結(jié)合本工程的特點(diǎn)，在個別吸漿量大的地方以及注漿體四周，為了控制注漿量和漿液的擴(kuò)散范圍，局部采用了CS(水泥、水玻璃)漿液。CS漿液具有凝膠速度快、結(jié)石體強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。表3為CS漿液凝膠時間的影響表。表4為水灰比和水玻璃濃度對凝膠時間的影響。

表3 C∶S對凝膠時間的影響(W∶C=0.7∶1，溫度21 ℃)Table 3 Effect of C∶S on gel time(W∶C =0.7∶1，temperature 21 ℃)

表4 W∶C對凝膠時間的影響(C∶S =1∶0.5，溫度21 ℃)Table 4 Effect of W∶C on gel time(C∶S =1∶0.5，temperature 21 ℃)

從表3、4可以看出，水玻璃的用量并非越多越好，在施工過程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場工程的實(shí)際情況及注漿過程中出現(xiàn)的問題不斷調(diào)整漿液的濃度和水玻璃用量，才能取得比較理想的注漿加固效果。

3.4 實(shí)施效果

經(jīng)過近40多天的努力和探索，在中5#礦房南北兩側(cè)松散體共注入42.5硅酸鹽水泥210 t、水玻璃約5.5 t，對大約6 000 m3的松散體進(jìn)行了注漿加固。經(jīng)過45 d的養(yǎng)護(hù)后，對中5#礦房進(jìn)行中深孔爆破，藥量3 816 kg，成功回采15 746 t高品位硫化礦，出礦品位Sn：0.461%，Cu：2.611%，礦柱回采率為77.2%。通過計算，原設(shè)計礦柱回采時廢石混入率為48.11%，注漿后，廢石混入率降低到17.78%，注漿有效降低了礦石貧化。

礦柱回采結(jié)束后，對注漿效果進(jìn)行檢查，目測礦柱南北兩側(cè)注漿結(jié)實(shí)體坡度分別達(dá)到約65°和70°，充填較為密實(shí)，膠結(jié)良好，人工礦柱沒有出現(xiàn)明顯倒塌現(xiàn)象，注漿結(jié)實(shí)體照片見圖5。

4 結(jié)論

針對云錫老廠錫礦先空場嗣后廢石充填再回采中間礦房時貧化嚴(yán)重的難題，提出采用注漿的方法在礦房兩側(cè)松散體中形成人工礦柱的方案，來確保礦房開采時減少廢石混入。通過現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)得到以下結(jié)論：

1)對長37 m、寬12 m、平均厚度13.5 m、礦房兩側(cè)6 m范圍的松散廢石進(jìn)行了現(xiàn)場加固，利用擋土墻理論進(jìn)行了注漿范圍設(shè)計和驗(yàn)算，并經(jīng)工程實(shí)踐的檢驗(yàn)，注漿取得了預(yù)期的效果，為大體積松散體的注漿施工及理論研究積累了寶貴的素材。

2)礦房回采結(jié)束后人工礦柱沒有出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象，減少了廢石混入，提高了礦石資源利用率。

3)注漿后礦房采出15 746 t高品位硫化礦，回采率達(dá)到77.2%，廢石混入率從原設(shè)計時的48.11%降低到17.78%，有效降低了礦石貧化，散體注漿取得了較好的效果。

4)采用注漿方法在廢石松散體結(jié)構(gòu)中形成人工礦柱，降低廢石的混入，對同類型礦體具有一定的指導(dǎo)意義。