CN101768958A - 一种矿山单排孔帷幕注浆钻孔孔距确定方法 - Google Patents

Abstract

一种矿山单排孔帷幕注浆钻孔孔距确定方法，属采矿技术领域，用于解决合理确定帷幕注浆孔孔距问题。技术方案是，它按照如下步骤实施：a.确定帷幕厚度T；b.确定帷幕墙渗透率q₀；c.确定浆液有效扩散半径R；d.确定同一水平注浆点间距D₀；e.确定计算注浆孔距D。本发明突破帷幕工程注浆孔孔距10m的施工惯例，结合帷幕注浆各项参数，采用试验和理论相结合的方法确定帷幕注浆合理的注浆孔孔距，实现以合理工程投入，达到最佳注浆堵水效果。试验表明，按照本方法确定的孔距注浆，其检查孔渗水率均可达到要求，质量检测合格。本发明在保证帷幕效果的同时，可节约投资成本，缩短工期，具有较好的经济效益。

Description

一种矿山单排孔帷幕注浆钻孔孔距确定方法

技术领域

本发明涉及一种矿山帷幕注浆工程技术，尤其是矿山单排孔帷幕注浆钻孔孔距确定方法，属采矿技术领域。

背景技术

帷幕注浆是指在矿山进水通道上采用注浆的方法构筑防水帷幕，以堵截地下水的一种防治水方法。利用帷幕注浆防治矿山地下水不仅可以提高企业经济效益、保护矿区水文地质环境，而且可以消除大水矿山的安全隐患，目前该技术被大水矿山逐步采用。由于帷幕注浆工艺、技术还处于完善提高阶段，其注浆孔的孔距，迄今尚缺乏科学准确的确定方法，而注浆孔孔距是否合理将直接影响帷幕注浆的堵水效果或帷幕注浆的工程投资。帷幕注浆孔距过大将严重影响堵水效果，帷幕注浆孔距过小会加大工程投资，发生不必要的资金投入。一直以来，帷幕工程注浆孔孔距确定是按惯例及经验取值10m，对10m孔距的理论依据和实践效果均没有详细的论证。在施工过程中先按照10m孔距打孔注浆，然后通过现场检测注浆堵水效果决定是否增加加密孔，以保证注浆堵水效果。

发明内容

本发明目的在于提供一种矿山单排孔帷幕注浆钻孔孔距确定方法，从而科学准确的确定注浆钻孔孔距，实现以最合理的投资保证注浆堵水效果。

本发明所称问题是由以下技术方案解决的：

一种矿山单排孔帷幕注浆钻孔孔距确定方法，其特别之处是，它按照如下步骤实施：

a.确定帷幕厚度T：T＝H/J₀，式中H为最大水头，单位：m；J₀为注浆材料所能容许的渗透比降；T为注浆帷幕厚度，单位：m；

b.求取帷幕墙渗透率q₀：通过检查孔进行压水试验，根据试验参数按照下式计算帷幕墙渗透率q₀＝Q/LPt，式中q₀为帷幕墙渗透率，单位Lu；Q为压水渗入量，单位L；L为试验段长度，单位m；P为试验压力，单位mPa；t为压水时间，单位min；根据经验数据，检查孔q₀≤0.2Lu帷幕墙即可达到堵水目的，满足质量要求；

c.确定浆液有效扩散半径R：根据试验注浆孔、检查孔及上述帷幕墙渗透率q₀，确定满足q₀条件的有效扩散半径R值；

d.确定同一水平注浆点间距D₀：

$D_0=2\sqrt{R^2-{\left(\frac{T}{2}\right)}^2}$ D₀的单位为m；

e.确定计算注浆孔距D：D＝D₀-2d  式中d为钻孔最大孔偏距，D、d的单位为m。

上述矿山单排孔帷幕注浆钻孔孔距确定方法，所述d步骤中钻孔最大孔偏距d值确定如下：钻试验孔取得最大孔深和偏斜率，则钻孔最大孔偏距d为试验孔偏斜率与孔深的乘积。

上述矿山单排孔帷幕注浆钻孔孔距确定方法，其特征在于：所述a步骤中最大水头H为幕外水位标高H₀与帷幕幕底标高H₁之差即：H＝H₀-H₁。

本发明方法基于目前帷幕注浆孔孔距确定尚缺乏科学准确方法的现状，提出一种矿山单排孔帷幕注浆钻孔孔距确定方法。本发明方法突破帷幕工程注浆孔孔距10m的施工惯例，结合帷幕注浆各项参数：如帷幕厚度、浆液扩散半径、钻孔偏斜率、帷幕渗透性能等，采用试验和理论相结合的方法确定帷幕注浆合理的注浆孔孔距，实现以合理工程投入，达到最佳注浆堵水效果。试验表明，按照本方法确定的孔距注浆，其检查孔渗透率均可达到要求，质量检测合格。本发明在保证帷幕效果的同时，可节约投资成本，缩短工期，具有较好的经济效益。

附图说明

图1是最大水头计算示意图；

图2是检查孔压水试验示意图；

图3是确定浆液有效扩散半径R示意图；

图4是同一水平注浆点间距D₀示意图；

图5是注浆孔距D示意图。

具体实施方式

本发明结合帷幕注浆参数如：帷幕厚度、浆液扩散半径、钻孔偏斜率、帷幕渗透率等，采用试验和理论计算相结合方法确定帷幕注浆合理的注浆孔孔距。所述方法按照如下步骤进行：

(1)根据帷幕注浆材料、矿山静水压力计算帷幕厚度T：T＝H/J₀，式中H为最大水头，单位：m；J₀为注浆材料所能容许的渗透比降；T为注浆帷幕厚度，单位：m。参看图1，最大水头H为由测量得出的幕外水位标高H₀与帷幕幕底标高H₁之差即：H＝H₀-H₁。J₀为注浆材料所能容许的渗透比降，由于注浆材料普遍采用425硅酸盐水泥，其Jmax在300以上，通常安全系数按照5取，则J₀＝Jmax/5，该值取60。

(2)求取帷幕墙渗透率q₀：在试验注浆孔附近打数个检查孔，通过检查孔进行压水试验，参看图2.根据试验参数按照式q₀＝Q/LPt计算帷幕墙渗透率，式中q₀为帷幕墙渗透率，单位Lu；Q为压水渗入量，单位L(升)；L为试验段长度，单位m；P为试验压力，单位mPa；t为压水时间，单位min。检查孔q₀≤0.2Lu帷幕墙即可达到堵水目的，满足质量要求；

(3)确定浆液有效扩散半径R：根据试验注浆孔，试验检查孔距离和帷幕渗透率q₀值，确定满足q₀条件的有效扩散半径R值，如图3所示。

(4)根据浆液有效扩散半径R、帷幕厚度T，确定同一水平注浆点间距D₀，如图4所示：

$D_0=2\sqrt{R^2-{\left(\frac{T}{2}\right)}^2}$

(5)据钻探试验孔测偏斜率，确定钻孔最大孔偏距d；注浆孔打孔过程中由于地质因素不可避免的会出现偏斜，因此需要确定钻孔最大孔偏距。根据测试验孔的最大孔深和偏斜率计算钻孔最大孔偏距d，d为试验孔偏斜率与孔深的乘积。

(6)计算注浆孔距：参看图5，注浆孔距D＝D₀-2d。

以下给出几个具体的实施例：

实施例1：中关铁矿西帷幕线

1.帷幕厚度T：中关铁矿西帷幕外预测幕外水位标高H₀为+100m，西帷幕幕底标高H₁为-250m，最大水头H＝H₀-H₁＝100-(-250)＝350m，注浆材料为425硅酸盐水泥，渗透比降J₀＝60，T＝H/J0＝350/60＝5.8m。

2.施工检查孔求取帷幕渗透率：打施工检查孔2个，试验参数及渗透率q₀值如下表：

孔号	半径R(m)	试验段	渗水量Q(L)	段长L(m)	压力P(mpa)	时间t(min)	渗透率q0(Lu)
								J1	9	D1	1433.45	112	3.30	20	0.194
		D2	2298.16	149	3.27	25	0.189
										D3	1184.32	90	3.81	18	0.192
J2	11	D1	4640.20	120	3.45	22	0.509
										D2	3040.11	131	3.64	16	0.398
		D3	1800.83	102	3.81	15	0.309

3.J1满足帷幕质量要求，既q₀≤0.2Lu，确定浆液有效扩散半径R＝9m。

4.同一水平注浆点距离D₀：

$D_0=2\sqrt{R^2-{\left(\frac{T}{2}\right)}^2}=17.04m$

5.西帷幕线试验孔最大孔深450m，钻孔偏斜率0.5％，孔偏距：d＝2.25m。

6.注浆孔距D＝D₀-2d＝17.04-2X2.25＝12.54m

由此确定西帷幕线钻孔间距12.54m

实施例2：中关铁矿北帷幕线

1.帷幕厚度T：中关铁矿北帷幕外预测幕外水位标高H₀为+100m，北帷幕幕底标高H₁为-180m，最大水头H＝H₀-H₁＝100-(-180)＝280(m)。

注浆材料为425硅酸盐水泥，渗透比降J₀＝60，T＝H/J0＝280/60＝4.67m。

2.施工检查孔求取帷幕渗透率。施工检查孔2个，试验参数及渗透率q₀值如下表：

3.J1、J2均满足帷幕质量要求，既q₀≤0.2Lu，为节省投资，确定浆液有效扩散半径R＝9m。

4.同一水平注浆点距离D₀：

$D_0=2\sqrt{R^2-{\left(\frac{T}{2}\right)}^2}=17.38m$

5.北帷幕线试验孔最大孔深460m，孔偏斜率0.5％，孔偏距：d＝2.3m。

6.注浆孔距D＝D0-2d＝17.38-2X2.3＝12.78m

由此确定北帷幕线钻孔间距12.78米。

实施例3：中关铁矿东北帷幕线

1.帷幕厚度T：中关铁矿东北帷幕外预测幕外水位标高H₀为+100m，东北帷幕幕底标高H₁为-220m，最大水头H＝H₀-H₁＝100-(-220)＝320m，注浆材料为425硅酸盐水泥，渗透比降J₀＝60，T＝H/J0＝320/60＝5.33。

2.施工检查孔求取帷幕渗透率：施工检查孔3个，试验参数及渗透率q₀值如下表：

孔号	半径R(m)	试验段	渗水量Q(L)	段长L(m)	压力P(mpa)	时间t(min)	渗透率q0(Lu)
								J1	10	D1	3660.84	110	3.28	18	0.564
		D2	2750.49	109	3.27	24	0.322
										D3	1805.97	102	3.71	10	0.478
J2	9	D1	3750.80	120	3.45	22	0.412
										D2	2770.36	99	3.64	16	0.480
		D3	1858.54	102	3.81	15	0.319
								J3	8	D1	1730.10	108	3.82	21	0.199
		D2	1467.24	121	3.64	20	0.167

孔号	半径R(m)	试验段	渗水量Q(L)	段长L(m)	压力P(mpa)	时间t(min)	渗透率q0(Lu)
										D3	1360.31	93	3.70	20	0.198

3.J3满足帷幕质量要求，既q₀≤0.2Lu，确定浆液有效扩散半径R＝8m。

4.同一水平注浆点距离D₀：

$D_0=2\sqrt{R^2-{\left(\frac{T}{2}\right)}^2}=15.08m$

5.东北帷幕线试验孔最大孔深510m，孔偏斜率0.5％，孔偏距：d＝2.55m。

6.注浆孔距D＝D₀-2d＝15.08-2X2.55＝9.98m

由此确定东北帷幕线钻孔间距9.98米。

Claims (3)

1.一种矿山单排孔帷幕注浆钻孔孔距确定方法，其特征在于，它按照如下步骤实施：

a.确定帷幕厚度T：T＝H/J₀，式中H为最大水头，单位：m；J₀为注浆材料所能容许的渗透比降；T为注浆帷幕厚度，单位：m；

b.求取帷幕墙渗透率q₀：通过检查孔进行压水试验，根据试验参数按照下式计算帷幕墙渗透率q₀＝Q/LPt，式中q₀为帷幕墙渗透率，单位Lu；Q为压水渗入量，单位L；L为试验段长度，单位m；P为试验压力，单位mPa；t为压水时间，单位min；根据经验数据，q₀≤0.2Lu帷幕墙即可达到堵水目的，满足质量要求；

c.确定浆液有效扩散半径R：根据试验注浆孔、检查孔及上述帷幕墙渗透率q₀，确定满足q₀条件的有效扩散半径R值；

d.确定同一水平注浆点间距D₀：

$D_0=2\sqrt{R^2-{\left(\frac{T}{2}\right)}^2}$ D₀的单位为m；

e.确定计算注浆孔距D：D＝D₀-2d  式中d为钻孔最大孔偏距，D、d的单位为m。

2.根据权利要求1所述的矿山单排孔帷幕注浆钻孔孔距确定方法，其特征在于：所述d步骤中钻孔最大孔偏距d值确定如下：钻试验孔取得偏斜率，则钻孔最大孔偏距d为试验孔偏斜率与孔深的乘积。

3.根据权利要求2所述的矿山单排孔帷幕注浆钻孔孔距确定方法，其特征在于：所述a步骤中最大水头H为幕外水位标高H₀与帷幕幕底标高H₁之差即：H＝H₀-H₁。

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