帷幕注漿效果檢查方法研究

1、帷幕注漿效果檢查方法研究唐英杰（華北有色工程勘察院有限公司河北石家莊050021）0前言大水礦山采用傳統(tǒng)的疏干排水方式治理地下水，不僅破壞區(qū)域地下水資源和生態(tài)環(huán)境，而且排水費(fèi)用較高。為了保護(hù)地下水資源和生態(tài)環(huán)境，現(xiàn)部分大水礦山采用帷幕注漿技術(shù)進(jìn)行堵水，減少大量的無(wú)效排水，降低開(kāi)采費(fèi)用，既保護(hù)環(huán)境又可以提高經(jīng)濟(jì)效益。由于帷幕注漿工程具有典型的隱蔽工程特點(diǎn)，帷幕注漿施工完成后，注漿質(zhì)量好壞，防滲效果如何，均無(wú)法直接地評(píng)定，因此，帷幕注漿工程施工質(zhì)量檢查一直是人們研究關(guān)注的熱點(diǎn)。中關(guān)鐵礦位于河北省沙河市，總儲(chǔ)量約1億噸，為實(shí)現(xiàn)合理開(kāi)采礦產(chǎn)資源，有效保護(hù)區(qū)域水資源，礦山治水采用帷幕注漿方案進(jìn)行阻水；帷

2、幕線全長(zhǎng)3397m，采用單排注漿，孔距12米，注漿孔共270個(gè)，最大孔深810米總鉆探進(jìn)尺197000m，通過(guò)注漿，形成帷幕墻，設(shè)計(jì)帷幕厚度12m，以阻止石灰?guī)r含水層地下水全部進(jìn)入礦坑。礦區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件礦區(qū)為一大型隱伏型矽卡巖磁鐵礦，礦床的頂板和圍巖為奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r，石灰?guī)r的裂隙巖溶發(fā)育，是礦區(qū)主要含水層。礦區(qū)西部為太行隆起帶，東接華北沉降帶，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有北北東及北東向斷裂構(gòu)造，且以北北東向斷裂構(gòu)造為主。褶皺構(gòu)造規(guī)模較小，巖層產(chǎn)狀與構(gòu)造方向一致，傾向東南，傾角15-30。主要分布地層有：第四系：粘土礫石層，該層礫石以石英砂巖為主，硬度較大，磨圓度較好，分選性差，礫徑大者可達(dá)50cm，

3、小者僅有幾公分；粘土以粉質(zhì)粘土為主，充填在礫石中間，平均厚度40m。石炭-二迭系：巖性主要以砂、頁(yè)巖為主，厚度變化較大，最大厚度70.0m，平均厚度24.2m。中奧陶系：巖性以石灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r和大理巖為主夾有泥質(zhì)灰?guī)r，厚度224.1-589.0m,平均厚度416.17m。燕山期閃長(zhǎng)巖：閃長(zhǎng)巖是本區(qū)的基底，塊狀，主要礦石成分有角閃石、正長(zhǎng)石等。礦區(qū)主要含水層為中奧陶系石灰?guī)r，石灰?guī)r裂隙巖溶發(fā)育，平均裂隙率7%o,巖溶裂隙發(fā)育極不均一，最大的溶洞可達(dá)9.0m。注漿效果檢查注漿效果檢查分三步進(jìn)行：注漿段注漿效果檢查、注漿孔注漿效果檢查、注漿帷幕檢測(cè)（注漿孔之間檢查），從點(diǎn)、線、面全方位檢查帷幕注漿效

4、果。注漿段注漿效果檢查，在注漿段注漿結(jié)束后，根據(jù)掃孔時(shí)觀測(cè)沖洗液消耗量計(jì)算注漿段單位透水率。如果注漿段透水率q小于設(shè)計(jì)單位透水率，本段注漿效果良好；如果注漿段透視率大于設(shè)計(jì)單位透水率時(shí)，要進(jìn)行壓水試驗(yàn)，重新進(jìn)行注漿。注漿孔全孔注漿效果檢查，在注漿孔完成最后一段注漿后，掃孔到底進(jìn)行全孔壓水試驗(yàn)。全孔的單位透水率達(dá)到設(shè)計(jì)要求，全孔注漿合格；否則查找漏漿位置后重新注漿，直至達(dá)到注漿設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。注漿帷幕檢查，是采用物探方法檢查注漿孔間的注漿效果，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)選用井間高密度電阻率成像法對(duì)注漿效果進(jìn)行檢查。經(jīng)過(guò)所測(cè)電阻率值結(jié)合各注漿孔地層資料、單位透水率和注漿量，評(píng)價(jià)帷幕的連續(xù)性和穩(wěn)定性。前兩種點(diǎn)、線檢查方法在

5、帷幕注漿工程中進(jìn)行，數(shù)據(jù)直觀，便于分析，但是這兩種方法只是針對(duì)一個(gè)鉆孔的注漿效果進(jìn)行分析，而對(duì)鉆孔中間地層注漿效果不能做出準(zhǔn)確判斷。采用物探方法檢查是在帷幕注漿工程結(jié)束后對(duì)注漿效果進(jìn)行檢查，將帷幕線上的注漿孔聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)物性分析達(dá)到對(duì)注漿效果進(jìn)行全面評(píng)價(jià)的目的。井間高密度電法原理根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，完整灰?guī)r和混凝土（水泥結(jié)石）有高電阻率待征，含水的裂隙發(fā)育區(qū)為低電阻異常體，具備開(kāi)展電阻率法的地球物理?xiàng)l件，提出了采用井間高密度電阻率檢測(cè)的方案，對(duì)帷幕注漿的整體性評(píng)價(jià)。井間高密度電阻率法屬于直流電法，是高密度電阻率法一種新的應(yīng)用，地下巖石的電阻率除了與此巖石的特性有關(guān)外還與此巖石的含水量

6、有很大的關(guān)系，特別是在石灰?guī)r地區(qū)由于地下水礦化度相對(duì)較高，一般來(lái)說(shuō)巖石中的孔隙越大，含水量多，則這種巖石的電阻率就低，反之則電阻率就高。由于巖石的這種特性，所以在查找與水有關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造時(shí)電法勘探的效果較好。傳統(tǒng)的高密度電阻率法主要應(yīng)用在陸地表面，通過(guò)布在地面的電極測(cè)量電壓和電流，間接測(cè)出地層的電阻率，推斷地層的地質(zhì)情況，探測(cè)深度一般為50100米，地面電阻率方法在地下采空區(qū)、過(guò)水通道、巖溶裂隙等的檢測(cè)方面都取得過(guò)非常好的效果，但是對(duì)于帷幕注漿效果的檢測(cè)，地面的探測(cè)深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。井間高密度電阻率成像法改變電極的供電和接收方式，采用井中供電和接收的跨孔方法進(jìn)行檢測(cè)，以達(dá)到帷幕注漿效果檢測(cè)

7、的目的。將兩根帶有電極的電纜放到兩個(gè)鉆孔中，進(jìn)行跨孔供電，跨孔測(cè)電位差。檢測(cè)過(guò)程中固定A、B、M點(diǎn)電極，其他電極同步測(cè)量一系列的N電極電位數(shù)據(jù)，然后移動(dòng)M電極，對(duì)N電極再做如上觀測(cè)，然后移動(dòng)B電極再做如上觀測(cè)，最后移動(dòng)A電極，再做如上觀測(cè)，測(cè)量過(guò)程中每一對(duì)電極都可以任意組合作為AB供電電極和MN接收電極。采用這種供電和接收方式極大地提高數(shù)據(jù)的采集量，每對(duì)測(cè)量段可以得到5萬(wàn)組以上的數(shù)據(jù)，豐富了孔間的信息資料，可以很清晰反映出兩鉆孔間的電阻率分布情況。把所測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，采用有限元模擬，反復(fù)與大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，多次迭代，反演出兩鉆孔井間的電阻率斷面圖像。6-100-150-200-250-30

8、071E01224364860728496108應(yīng)用實(shí)例以K230-W701鉆孔為例進(jìn)行注漿效果分析，兩鉆孔孔距60m,兩鉆孔間已完成W8、W704、W703、W702四個(gè)注漿鉆孔，孔距均為12m，測(cè)量電極距6m,每個(gè)鉆孔32個(gè)電極，K230測(cè)量深度84-270m,W701測(cè)量深度120-306m，所測(cè)反演結(jié)果如圖2所示。125001200011500110001050010000950090008500800075007000650060005500500045004000350030002500200015001000500圖2K230-W701反演電阻率剖面圖結(jié)合測(cè)試得到的孔間電阻率剖面

9、圖和鉆孔編錄資料、注漿資料、壓水試驗(yàn)資料對(duì)地層電阻率背景值和一序孔的注漿效果進(jìn)行綜合分析。根據(jù)電阻率分布特點(diǎn)分4段進(jìn)行分析：第一段125-170m,本段地層以石灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r為主，巖芯完整，局部巖芯破碎，本段為非注漿段，測(cè)試反演電阻率值6000-10000Qm,可以表示為本次測(cè)試完整石灰?guī)r電阻率背景值。第二段170-225m，本段地層以石灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r為主，巖芯較完整，見(jiàn)水蝕現(xiàn)象，局部巖芯破碎，裂隙、溶孔發(fā)育，泥質(zhì)充填，三序孔平均透水率0.55LU,平均單位注漿量215Kg/m，一序孔平均單位注漿量479.5Kg/m，電阻率值在2000-3500Qm,電阻率分布較為連續(xù)，兩鉆孔之間沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大的

10、過(guò)水通道和透水帶，注漿效果良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。第三段225-260m，本段地層以蝕變灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r為主，部分地層夾有石灰?guī)r和結(jié)晶灰?guī)r，飾變灰?guī)r巖芯較破碎，部分手可捏碎，泥質(zhì)灰?guī)r巖芯較完整，水蝕現(xiàn)象發(fā)育，多呈蜂窩狀，鈣質(zhì)、泥質(zhì)半充填，連通性差，裂隙溶孔微發(fā)育。三序孔平均透水率0.11Lu,平均單位注漿量98.8Kg/m，一序孔平均單位注漿量282.74Kg/m，電阻率值小于1000Qm,分布連續(xù)，電阻率值低是由于地層巖性原因引起的，與地層透水率沒(méi)有關(guān)系，而且兩鉆孔之間沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大的過(guò)水通道和透水帶，注漿效果良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。第四段260-300m,本段地層為石灰?guī)r地層，巖芯較完整，致密堅(jiān)硬，局部

11、見(jiàn)水蝕現(xiàn)象，溶孔裂隙發(fā)育，方解石、泥質(zhì)充填，透水性較差。三序孔平均透水率0.13Lu，平均單位注漿量47.64Kg/m，一序孔平均單位注漿量58.47Kg/m。電阻率值2500-8000Qm,由于K230鉆孔最深電極位于270m處，在這個(gè)位置采集數(shù)據(jù)量較少，因此在反演過(guò)程中使靠近K230鉆孔附近電阻率偏低，但仍能達(dá)到2500Qm,可以近似看作電阻率分布較為連續(xù)，兩鉆孔之間沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大的過(guò)水通道和透水帶，注漿效果良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)K230-W701鉆孔帷幕注漿效果分析統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表1。深度(m-m)地層簡(jiǎn)要描述平均透水率(Lu)三序孔平均單位注漿量(Kg/m)一序孔平均單位注漿量(Kg/m)電阻率

12、值(Qm)注漿效果評(píng)價(jià)125-170石灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r，巖芯完整。非注漿段6000-10000非注漿段170-225石灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r，巖芯較完整，見(jiàn)水蝕現(xiàn)象，裂隙溶孔發(fā)育。0.55215479.52000-3500達(dá)到設(shè)計(jì)要求225-260泥質(zhì)灰?guī)r、飾變灰?guī)r，水蝕現(xiàn)象發(fā)育，連通性差，裂隙溶孔微發(fā)育0.1198.8282.740-1000達(dá)到設(shè)計(jì)要求260-300石灰?guī)r地層，致密堅(jiān)硬，溶孔裂隙發(fā)育，方解石、泥質(zhì)充填，透水性差。0.1347.6458.742500-8000達(dá)到設(shè)計(jì)要求表1K230-W701注漿效果綜合分析表5結(jié)語(yǔ)對(duì)帷幕注漿效果采取點(diǎn)、線、面的全方位檢查，使檢查工作逐步深入，對(duì)注漿效果的檢查非常有效。采用跨孔高密度電阻率成像法能夠?qū)ψ{效果做出連續(xù)性評(píng)價(jià)，并對(duì)施工工程做出合理化建議，該方法可以在以后的帷幕注漿效果檢測(cè)中加以推廣。高密度電阻率法進(jìn)行帷幕注漿效果檢測(cè)還處于起步階段，還有很多需要改進(jìn)的地方，比如電極距的最佳間距，跨孔寬度，對(duì)于注漿效果的解釋目前還處于定性階段，還不能達(dá)到定量解釋的目