CN104446240B - 一种改性黏土双液浆及其制浆注浆工艺 - Google Patents
一种改性黏土双液浆及其制浆注浆工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了所述改性黏土双液浆由改性黏土浆液加入辅助剂混合形成；所述辅助剂为波美度为39°～42°水玻璃；所述改性黏土浆液由以下重量份数的各组分组成：水泥：1，黏土：1，水：2；所述水玻璃加入量为所述改性黏土浆液体积的10％～40％；或：水泥：1，黏土：1，水：1.6；所述水泥加入量为所述改性黏土浆液体积的10％～30％。本发明还提供一种改性黏土双液浆的制浆注浆工艺。
Description
技术领域
本发明属于矿山防治水和地基加固补强领域，特别是矿山帷幕注浆堵水工程；具体涉及一种应用于注浆工程的改性黏土双液浆及其制浆注浆工艺。
背景技术
矿山地面帷幕注浆工程是我国矿山防治水的新技术，目前已经在我国多个矿山成功运用，有效的解决了矿山水害问题。矿山地面帷幕注浆工程通过高压将浆液注入含水层的导水裂隙之中，达到降低含水层的渗透性、减少矿坑排水量的目的。所以浆液材料的适用性是矿山地面帷幕注浆工程实施效果的重要保证。
目前应用比较广泛的注浆材料有水泥——黏土浆、水泥——粉煤灰浆、水泥——尾砂浆、水泥——水玻璃双液浆和化学浆。工程应用中，水泥——黏土浆、水泥——粉煤灰浆、水泥——尾砂浆一般采用单系统注浆工艺，其中水泥——黏土浆原料取材最易，价格最低廉，应用范围较广泛，但注浆时浆液初凝时间一般超过8小时。在流动水状态下，浆液极易被地下水稀释冲散，随水流流失，导致浆液在过水通道中留置量少，难以短时间内形成有效阻水屏障，造成注浆材料的浪费。水泥——尾砂浆一般利用矿山选矿尾砂，浆液成本较低，但由于尾砂的颗粒比较粗，难以进入细小裂隙，同时注浆过程中容易离析，浆液的输送性和可注性能降低，且有些尾砂含有选矿药剂残留，所以工程应用也受到限制。水泥——粉煤灰浆较前两种浆液取材范围小，性能介于水泥——黏土浆与水泥——尾砂浆之间，初凝时间比较长，动水条件下适应性比较差。
化学浆液主要采用双系统注浆工艺，但材料昂贵且具有一定的毒性，应用范围较小。水泥——水玻璃双液浆也采用双系统注浆工艺，注浆过程中可根据现场情况调整浆液配比，控制浆液的初凝时间，进行控制性注浆，是目前动水注浆的主要材料；但水泥——水玻璃双液浆成本相对较高，且浆液配制比较敏感，注浆过程中容易在局部早凝成团，在孔内“搭桥”，浆液无法有效进入注浆段；当浆液进入注浆段后也容易在裂隙口处形成小范围封堵，浆液难以扩散，达不到设计的扩散范围，给帷幕注浆工程留下质量隐患。
因此，寻求一种既廉价又能在动水条件下实现控制性注浆的新型浆材，并推广应用到注浆防治水工程各个领域，是对帷幕注浆技术的创新和发展。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种可注性好、能有效控制浆液扩散范围且可实现动水条件下控制性注浆的改性黏土双液浆。
为了实现本发明的上述目的，本发明的一种改性黏土双液浆，由改性黏土浆液加入波美度为39°～42°水玻璃制成；
所述改性黏土浆液由以下重量份数的各组分组成：
水泥：1
黏土：1
水：2
所述加入的水玻璃的体积为所述改性黏土浆液体积的10％～40％；
或，所述改性黏土浆液由以下重量份数的各组分组成：
水泥：1
黏土：1
水：1.6
所述加入的水玻璃的体积为所述改性黏土浆液体积的10％～30％。
进一步地，所述水泥为普通硅酸盐散装P.032.5水泥；所述黏土的粒径小于2mm，且其中至少占总质量的50％的黏土粒径在0.002～0.075mm范围内。
相比于现有技术，本发明的一种改性黏土双液浆，可实现动水条件下的控制性注浆，减少注浆过程中的跑浆现象和无效扩散现象，节约注浆材料，提高注浆效率。另外，本发明所选用的制浆材料来源广泛，价格低廉，大大减少工程投入，适合在注浆工程领域广泛推广应用。
本发明还提供一种改性黏土双液浆的制浆注浆工艺，首先对待施工的注浆段进行压水试验，检测该注浆段的吕荣值；
当注浆段的吕荣值在60～100Lu时，按照以下步骤进行；
a)将水泥、黏土和水按1:1:1.6的重量比混合并搅拌制成改性黏土浆液，并掺入体积占所述改性黏土浆液体积30％的水玻璃制成改性黏土双液浆，注入注浆孔；
b)当注浆压力达到静水压力的1.5～2.5倍且连续20min稳定注入率＜40L/min时，调整水玻璃掺入的体积为改性黏土浆液体积的25％，并继续注入注浆孔；
c)当注浆压力再次达到静水压力的1.5～2.5倍且连续20min稳定注入率＜40L/min时，将水玻璃掺入量继续调低并继续注入注浆孔，重复该步骤直至水玻璃掺入的体积为改性黏土浆液体积的10％～15％为止；
当注浆段的吕荣值在20～60Lu时，按照以下步骤进行：
a)将水泥、黏土和水按1:1:2的重量比混合并搅拌制成改性黏土浆液，并掺入体积占所述改性黏土浆液体积40％的水玻璃制成改性黏土双液浆，注入注浆孔；
b)当注浆压力达到静水压力的1.5～2.5倍且连续20min稳定注入率＜30L/min时，调整改性粘土浆液和水玻璃的加入量使水玻璃掺入的体积为改性黏土浆液体积的30％，并继续注入注浆孔；
c)当注浆压力再次达到静水压力的1.5～2.5倍且连续20min稳定注入率＜30L/min时，将水玻璃掺入量继续调低并继续注入注浆孔，重复该步骤直至水玻璃掺入量为改性黏土浆液体积的10％为止。
进一步地，所述水玻璃的波美度为39°～42°；所述水泥为普通硅酸盐散装P.032.5水泥；所述黏土的粒径小于2mm，且其中至少占总质量的50％的黏土粒径在0.002～0.075mm范围内。
进一步地，所述改性黏土浆液与水玻璃在混合前由相互独立的两个注浆系统输送。采用双注浆系统独立控制改性黏土浆液和水玻璃，可以精确控制浆液配比，可以实现长距离浆液输送不堵管不堵孔。
进一步地，所述改性黏土浆液和水玻璃通过混合器混合，且水玻璃注浆系统与混合器之间设有一止浆阀。改性黏土浆液与水玻璃在混合器充分混合后注入注浆孔段，可以保证改性黏土双液浆的质量。在水玻璃与混合器连接处设置止浆阀，一方面防止停止注浆后浆液回流造成堵管；另一方面可随时调整浆液配比，进行浆液转换。
进一步地，所述止浆阀在水玻璃掺入量调整时闭合。
相比于现有技术，本发明的一种改性黏土双液浆的制浆注浆工艺，具有以下优点：(1)当注浆段吕荣值在20～100Lu时，可以利用浆液的精确控制性优点，达到明显减少注浆过程中的跑浆现象和无效扩散现象，节约注浆材料，提高注浆效率；(2)改性黏土双液浆是采用双注浆系统，独立控制改性黏土浆和水玻璃，可以实现长距离浆液输送不堵管不堵孔；(3)改性黏土双液浆注浆过程中可以有效的防止因传统水泥水玻璃双液浆注浆过程中的堵孔现象；(4)配制浆液的材料来源广泛，价格低廉，减少工程投入，可在注浆工程领域广泛推广应用。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明的一种改性黏土双液浆的制浆注浆工艺的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种改性黏土双液浆，由改性黏土浆液加入波美度为39°～42°水玻璃制成；
所述改性黏土浆液由以下重量份数的各组分组成：
水泥：1
黏土：1
水：2
所述加入的水玻璃的体积为所述改性黏土浆液体积的10％～40％；
或，所述改性黏土浆液由以下重量份数的各组分组成：
水泥：1
黏土：1
水：1.6
所述加入的水玻璃的体积为所述改性黏土浆液体积的10％～30％。
为节约成本，改性黏土浆液材料主要选自工程周边地区，黏土选自山地黏土，水泥选用普通硅酸盐散装P.032.5水泥。
请参阅表1-表3，以下结合表1、表2和表3说明所述黏土的性能指标。
表1 黏土物理性质指标表
| 序号 | 名称 | 天然密度(g/cm3) | 比重(g/cm3) | 塑性指数 |
| 1 | 黏土 | 1.75～2.0 | 2.70～2.80 | ﹥17 |
| 2 | 粉质黏土 | 1.70～1.95 | 2.60～2.75 | ﹥14 |
筛选黏土时，首先在周边山地取样，按照《工程地质勘察规范》技术标准确定，塑性指数在10～17为粉质黏土，塑性指数大于17为黏土。为了满足注浆工程的实际要求，保证施工质量，本发明所选用的山地土必须以黏土和粉质黏土为主。
表2 黏土粒径分布表
由表2可知，本发明所选用的黏土的粒径小于2mm，且其中至少占总质量的50％的黏土粒径在0.002～0.075mm范围内，即黏土颗粒以粉粒和黏粒为主。
表3 黏土成分分析表
由表3可知，本发明所选用的黏土的主要化学成分为Al2O3和SiO2。
请参阅表4，其为注浆工程主要使用的改性黏土双液浆配比及性能参数表。。
表4 改性黏土双液浆配比及性能参数表
从表4可以看出，当改性黏土浆液中水泥、黏土和水的配比为1:1:2，水玻璃掺入量为改性黏土浆液体积的10％～40％时，浆液的初凝时间可以在10～50min之间调整；当改性黏土浆液中水泥、黏土和水的配比为1:1:1.6，水玻璃加入量为改性黏土浆液体积的10％～30％时，浆液的初凝时间可以在5～30min之间调整。以上浆液性能参数说明改性黏土双液浆具有良好的控制性优点，其能克服传统浆液无法有效控制扩散距离的缺陷。
改性黏土双液浆中的黏土成分可以提高浆液结石体的抗渗能力。同时，由于浆液中的胶黏质存在，使得浆液的强度增长相对缓慢，对后续补注或后续注浆段的注浆影响较小，可以有效的防止采用双液浆造成的堵孔堵管现象的发生，对提高注浆质量和提升注浆效率作用明显。
相比于现有技术，本发明的一种改性黏土双液浆，可实现动水条件下的控制性注浆，减少注浆过程中的跑浆现象和无效扩散现象，节约注浆材料，提高注浆效率。另外，本发明所选用的制浆材料来源广泛，价格低廉，大大减少工程投入，适合在注浆工程领域广泛推广应用。
本发明还提供一种改性黏土双液浆的制浆注浆工艺，请参阅图1，其为本发明的一种改性黏土双液浆的制浆注浆工艺的流程图。一种改性黏土双液浆的制浆注浆工艺，首先对待施工的注浆段进行压水试验，检测该注浆段的吕荣值；
当注浆段的吕荣值在60～100Lu时，按照以下步骤进行；
a)将水泥、黏土和水按1:1:1.6的重量比混合并搅拌制成改性黏土浆液，并掺入体积占所述改性黏土浆液体积30％的水玻璃制成改性黏土双液浆，注入注浆孔；具体地，水泥从水泥罐中通过自动计量仪精确计量，输送往黏土水泥浆混合搅拌机；同时，黏土从黏土堆场中通过皮带运输机输送往搅拌机加水搅拌形成黏土原浆，送入黏土原浆池中，再通过离心泵输送并经过自动计量仪精确计量，输送往黏土水泥浆混合搅拌机，与水泥一起搅拌制成改性黏土浆液。之后改性黏土浆液通过注浆泵输送，同时水玻璃通过另一注浆系统上的活塞泵输送，二者在混合器中混合搅拌，形成改性黏土双液浆。其中，水玻璃注浆系统与混合器连接处设置有一止浆阀。
b)当注浆压力达到静水压力的1.5～2.5倍且连续20min稳定注入率＜40L/min时，调整水玻璃掺入的体积为改性黏土浆液体积的25％，并继续注入注浆孔；
c)当注浆压力再次达到静水压力的1.5～2.5倍且连续20min稳定注入率＜40L/min时，将水玻璃掺入量继续调低并继续注入注浆孔，重复该步骤直至水玻璃掺入的体积为改性黏土浆液体积的10％～15％为止；
当注浆段的吕荣值在20～60Lu时，按照以下步骤进行：
a)将水泥、黏土和水按1:1:2的重量比混合并搅拌制成改性黏土浆液，并掺入体积占所述改性黏土浆液体积40％的水玻璃制成改性黏土双液浆，注入注浆孔；具体地，水泥从水泥罐中通过自动计量仪精确计量，输送往黏土水泥浆混合搅拌机；同时，黏土从黏土堆场中通过皮带运输机输送往搅拌机加水搅拌形成黏土原浆，送入黏土原浆池中，再通过离心泵输送并经过自动计量仪精确计量，输送往黏土水泥浆混合搅拌机，与水泥一起搅拌制成改性黏土浆液。之后改性黏土浆液通过注浆泵输送，同时水玻璃通过另一注浆系统上的活塞泵输送，二者在混合器中混合搅拌，形成改性黏土双液浆。其中，水玻璃注浆系统与混合器连接处设置有一止浆阀。
b)当注浆压力达到静水压力的1.5～2.5倍且连续20min稳定注入率＜30L/min时，调整改性粘土浆液和水玻璃的加入量使水玻璃掺入的体积为改性黏土浆液体积的30％，并继续注入注浆孔；
c)当注浆压力再次达到静水压力的1.5～2.5倍且连续20min稳定注入率＜30L/min时，将水玻璃掺入量继续调低并继续注入注浆孔，重复该步骤直至水玻璃掺入量为改性黏土浆液体积的10％为止。
进一步地，所述水玻璃的波美度为39°～42°；所述水泥为普通硅酸盐散装P.032.5水泥；所述黏土的粒径小于2mm，且其中至少占总质量的50％的黏土粒径在0.002～0.075mm范围内。
上述制浆注浆施工完成后，在注浆孔揭露的水文地质条件复杂及注浆参数变化大的地段施工检查孔，采用简易压水试验检查帷幕注浆工程的防渗性能。在矿区南部地面帷幕段施工了10个检查孔，共进行了72段压水试验，其中达到设计要求的合格段为68段，占总段数的94.4％，未达到设计要求为4段，占总段数的5.6％。说明浆液对大部分通道已经封堵，仅有局部裂隙或细微裂隙未能充填饱满或未充填。注浆孔及检查孔多取上浆液结石体岩心，说明浆液在压力作用下，扩散性良好。
请同时参阅表5，其为改性黏土双液浆结石体测试抗压强度参数表。
表5 改性黏土双液浆结石体测试抗压强度参数表
从表5可以看出，改性黏土双液浆通过高压注浆压密后，结石体的最大抗压强度可达到7MPa以上，平均抗压强度可达6.0MPa，完全满足帷幕工程强度要求。
相比于现有技术，本发明的一种改性黏土双液浆的制浆注浆工艺，具有以下优点：(1)当注浆段吕荣值在20～100Lu时，可以利用浆液的精确控制性优点，达到明显减少注浆过程中的跑浆现象和无效扩散现象，节约注浆材料，提高注浆效率；(2)改性黏土双液浆是采用双注浆系统，独立控制改性黏土浆和水玻璃，可以实现长距离浆液输送不堵管不堵孔；(3)改性黏土双液浆注浆过程中可以有效的防止因传统水泥水玻璃双液浆注浆过程中的堵孔现象；(4)配制浆液的材料来源广泛，价格低廉，减少工程投入，可在注浆工程领域广泛推广应用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种改性黏土双液浆的制浆注浆工艺，首先对待施工的注浆段进行压水试验，检测该注浆段的吕荣值；
当注浆段的吕荣值在60～100Lu时，按照以下步骤进行；
a)将水泥、黏土和水按1:1:1.6的重量比混合并搅拌制成改性黏土浆液，并掺入体积占所述改性黏土浆液体积30％的水玻璃制成改性黏土双液浆，注入注浆孔；
b)当注浆压力达到静水压力的1.5～2.5倍且连续20min稳定注入率＜40L/min时，调整水玻璃掺入的体积为改性黏土浆液体积的25％，并继续注入注浆孔；
c)当注浆压力再次达到静水压力的1.5～2.5倍且连续20min稳定注入率＜40L/min时，将水玻璃掺入量继续调低并继续注入注浆孔，重复该步骤直至水玻璃掺入的体积为改性黏土浆液体积的10％～15％为止；
当注浆段的吕荣值在20～60Lu时，按照以下步骤进行：
a)将水泥、黏土和水按1:1:2的重量比混合并搅拌制成改性黏土浆液，并掺入体积占所述改性黏土浆液体积40％的水玻璃制成改性黏土双液浆，注入注浆孔；
b)当注浆压力达到静水压力的1.5～2.5倍且连续20min稳定注入率＜30L/min时，调整改性粘土浆液和水玻璃的加入量使水玻璃掺入的体积为改性黏土浆液体积的30％，并继续注入注浆孔；
c)当注浆压力再次达到静水压力的1.5～2.5倍且连续20min稳定注入率＜30L/min时，将水玻璃掺入量继续调低并继续注入注浆孔，重复该步骤直至水玻璃掺入量为改性黏土浆液体积的10％为止。
2.根据权利要求1所述的一种改性黏土双液浆的制浆注浆工艺，其特征在于：所述水玻璃的波美度为39°～42°；所述水泥为普通硅酸盐散装P.O32.5水泥；所述黏土的粒径小于2mm，且其中至少占总质量的50％的黏土粒径在0.002～0.075mm范围内。
3.根据权利要求2所述的一种改性黏土双液浆的制浆注浆工艺，其特征在于：所述改性黏土浆液与水玻璃在混合前由相互独立的两个注浆系统输送。
4.根据权利要求3所述的一种改性黏土双液浆的制浆注浆工艺，其特征在于：所述改性黏土浆液和水玻璃通过混合器混合，且水玻璃注浆系统与混合器之间设有一止浆阀。
5.根据权利要求4所述的一种改性黏土双液浆的制浆注浆工艺，其特征在于：所述止浆阀在水玻璃掺入量调整时闭合。
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| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |