CN104446241A - 一种改性尾砂浆及其制浆注浆工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性尾砂浆,所述改性尾砂浆由以下重量份数的各组分组成:水:1.0~1.4;水泥:1.0;尾砂:1.5~2.5;黏土:0.2~0.5。所述尾砂为粒径大小在10~100μm范围内的分级尾砂;所述黏土的粒径在0.002~0.5mm范围内,且所述黏土按质量百分比由以下组分组成:黏粒:20%-40%,粉粒:50%-70%,砂粒:0.5%-10%。所述水泥为普通硅酸盐散装P.032.5水泥。本发明还公开了一种改性尾砂浆的制浆注浆工艺,按照以下工艺步骤进行:1)制备本发明所述的改性尾砂浆;2)将制成的改性尾砂浆通过柱塞泵输送注入注浆孔。
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尾砂浆及其注浆工艺。
背景技术
注浆工程广泛应用于矿山防治水和地基加固补强等领域。随着我国矿产的进一步开发利用,大水难采矿床越来越多,通过对矿床整体或局部注浆防治水是保证矿体安全开采的重要措施。矿山防治水的注浆工程是通过高压将浆液注入含水层的空洞和裂隙之中,达到封堵导水通道、降低含水层渗透性、提高抗压强度的目的。所以浆液材料的适用性是注浆工程实施效果的重要保证。
尾砂作为金属矿山选矿的主要排放废物,给周边安全及环境带来极大的影响。所以,在注浆工程中大量使用水泥——尾砂浆;一方面不仅取材方便,价格低廉,而且存量充足,能满足充填注浆工程的大量使用;另一方面变废为宝,减少尾砂排放,促进绿色矿山建设。
工程实际应用中,水泥——尾砂浆初凝时间比较长,一般在10小时以上,且注浆过程中容易离析,可注性能降低。特别是在水下注浆时,水泥——尾砂浆由于其离析现象,一方面水泥易随水流流失,导致水泥和尾砂分离成层状沉积,空洞裂隙难以充填圆满而形成有效的堵水屏障,同时造成注浆材料的浪费;另一方面,尾砂浆难以进入细小裂隙,扩散范围不足,影响堵水效果,给工程留下隐患。
发明内容
为了克服上述技术缺陷,本发明提供一种适应性强、黏稠度高、离析率低且输送和灌输性能强的改性尾砂浆。
为了实现本发明的上述目的,本发明的一种改性尾砂浆,所述改性尾砂浆由以下重量份数的各组分组成:
且所述尾砂为粒径大小在10~100μm范围内的分级尾砂,其化学成分为SiO2、Al2O3,CaO,挥发分和水分。
进一步地,所述黏土的粒径在0.002~0.5mm范围内。且所述黏土按质量百分比由以下组分组成:
黏粒 20%-40%
粉粒 50%-70%
砂粒 0.5%-10%
进一步地,所述水泥为普通硅酸盐散装P.032.5水泥。
进一步地,所述改性尾砂浆各成分的重量份数为:
水:1.2,水泥:1.0,尾砂:1.8,黏土:0.2;
或:水:1.0,水泥:1.0,尾砂:1.7,黏土:0.3;
或:水:1.3,水泥:1.0,尾砂:1.6,黏土:0.4;
或:水:1.1,水泥:1.0,尾砂:1.6,黏土:0.4;
或:水:1.1,水泥:1.0,尾砂:1.5,黏土:0.5;
或:水:1.4,水泥:1.0,尾砂:2.6,黏土:0.4。
相比于现有技术,本发明的一种改性尾砂浆,通过向水泥——尾砂浆中添加黏土,采用经过反复实验得出的合理成分配比,制成一种新型的改性尾砂浆,增加了改性尾砂浆浆液的黏稠度,改善浆液的适应性,大幅降低尾砂的离析率,提高浆液输送和灌注性能。另外,由于黏土颗粒细小,搅拌后呈黏胶状态,黏胶既能携带尾砂颗粒运移,通过高压进入地层的细微裂隙,又能充填尾砂颗粒之间的孔隙,从而降低改性尾砂浆结石体的孔隙率,增强结石体的抗渗性能。
本发明还提供一种改性尾砂浆的制浆注浆工艺,该改性尾砂浆可为上述的任一配比的改性尾砂浆。一种改性尾砂浆的制浆注浆工艺,按照以下工艺步骤进行:
1)将黏土与水按比例搅拌约10min后生成黏土原浆;再将黏土原浆、尾砂和水泥三者按比例混合,搅拌10~15min制成改性尾砂浆;所述改性尾砂浆各组分的重量份数为:
2)将制成的改性尾砂浆通过柱塞泵输送注入注浆孔。
进一步地,所述改性尾砂浆各成分的重量份数为:
水:1.2,水泥:1.0,尾砂:1.8,黏土:0.2;
或:水:1.0,水泥:1.0,尾砂:1.7,黏土:0.3;
或:水:1.3,水泥:1.0,尾砂:1.6,黏土:0.4;
或:水:1.1,水泥:1.0,尾砂:1.6,黏土:0.4;
或:水:1.1,水泥:1.0,尾砂:1.5,黏土:0.5;
或:水:1.4,水泥:1.0,尾砂:2.6,黏土:0.4。
相比于现有技术,本发明的一种改性尾砂浆的制浆注浆工艺,采用本发明所公开的尾砂浆成分配比,具有以下优点:①以尾砂为主材,减少矿山尾砂排放量,节约资源,保护环境,促进绿色矿山建设;②改善尾砂浆液的性能,降低尾砂浆液离析率,提高浆液的可注性能;③提高浆液结石率,明显降低浆液结石体的渗透性,提高堵水率,浆液的结石体强度满足工程要求;④浆液材料来源广泛,价格低廉,减少工程投资;⑤技术工艺流程简单,可在注浆堵水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尾砂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。
由于凡口铅锌矿矿床水文地质条件复杂,因此通常实施地面帷幕注浆工程防治水。帷幕注浆堵水工程地段勘察钻孔揭露地层自上而下为:第四系黏土层(Q)、壶天群白云质灰岩(C2+3ht)、石碳系大唐阶泥质灰岩(C1)、泥盆系天子岭组花斑状灰岩(D3tc)。其中,壶天群白云质灰岩是主要含水层,也是帷幕注浆堵水的主要对象。矿区东南部主要进水通道是本新型实施的主要地段。该地段壶天群白云岩(C2+3ht)分布在标高50.61~-104.7m,平均厚度122.16m,呈东高西低,钻孔见溶洞率94.7%,大于1m的溶洞共有41个,占46.1%,最大溶洞高9.5m。溶洞、溶蚀裂隙多发育于-40m标高以上,溶洞形态多呈针孔状、沟状、蜂窝状,发育不均,地下水活动极为强烈,平均岩溶率9.77%;-40m标高以下溶蚀现象较少,平均岩溶率为4.32%。整个地段钻孔平均单位吸水率58.01Lu。地下水水力梯度为0.12~0.16。
针对上述水文地质条件下的地面帷幕注浆堵水工程,本发明提供了一种改性尾砂浆,所述改性尾砂浆由以下重量份数的各组分组成:
具体地,以下结合表格详细说明本发明的改性尾砂浆的浆液性能指标。
由于本发明的一种改性尾砂浆主要针对注浆工程,特别是矿山帷幕注浆堵水工程;因此,为节约成本,尾砂主要选自选矿尾砂,黏土选自工程周边山地的山地土,水泥选用普通硅酸盐散装P.032.5水泥。
请参阅表1,筛选黏土时,首先在周边山地按照网格状采取不同地点和深度的3组样品,每组3个样,共9个样品,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。
表1 坡地黏土取样分析物理性质参数表
从表1可以看出:矿区山坡地的样品1、样品4、样品8为黏土,其余均为粉质黏土。分析性能指标表明,山坡地土样满足浆液制备要求。施工中为确保注浆材料的质量,定期对进场材料进行抽检确保注浆材料质量达标。
表2 黏土粒径分布表(质量百分比)
本发明所述的改性尾砂浆,为确保注浆材料的质量,黏土的粒径大小在0.002~0.5mm范围内;且所述黏土按质量百分比由以下组分组成:
黏粒 20%-40%
粉粒 50%-70%
砂粒 0.5%-10%
从表2可以看出:山坡地的9个样品以粉粒(粒径大小为0.075~0.005mm)和黏粒(粒径大小<0.005mm)为主,从黏土粒径分布表最后一栏可知各粒径区间的黏土占山坡地土样总量的质量比为:砂粒(粒径大小为0.25~0.5mm):5.8%;粉粒(粒径大小为0.075~0.005mm):63.7%;黏粒(粒径大小<0.005mm):30.5%。分析可知上述山坡地土样完全满足注浆材料对黏土的粒径要求。
进一步地,所述尾砂主要采用分级尾砂,其粒径大小在10~100μm范围内,其化学成分为SiO2、Al2O3,CaO,挥发分和水分。
请参阅表3,其为测试的各个配比的改性尾砂浆的浆液性能参数表。
表3 改性尾砂浆的浆液性能参数表
从表3可以看出,黏土量的增加可导致浆液凝固时间有一定程度的延长,但一般终凝时间仍在12小时以内,满足一般注浆工程的要求。因此,以上各个浆液成分的配比均可满足注浆工程要求,即按照上述多种配比所制成的尾砂浆性能均达到本发明的目的。
请同时参阅表4,其为测试的改性尾砂浆的浆液结石体物理性能参数表。
表4 改性尾砂浆的浆液结石体性能参数表
序号 | 28d抗压强度(MPa) | 渗透系数(cm/s) |
1 | 2.6 | 7.83×10-6 |
2 | 3.1 | 2.29×10-6 |
3 | 2.2 | 3.51×10-6 |
4 | 2.8 | 2.98×10-6 |
5 | 2.8 | 1.42×10-6 |
6 | 3.5 | 5.92×10-6 |
从表3和表4可以看出,不同配比添加的不同量的黏土,结石体的抗压强度基本保持不变,均超过2Mpa,强度指标完全满足工程要求。黏土的加入使得浆液结石体的渗透系数达到了10-6级,浆液结石体渗透性有了明显改善。
相比于现有技术,本发明的一种改性尾砂浆,通过向水泥——尾砂浆中添加黏土,采用经过反复实验得出的合理成分配比,制成一种新型的改性尾砂浆,增加了改性尾砂浆浆液的黏稠度,改善浆液的适应性,大幅降低尾砂的离析率,提高浆液输送和灌注性能。另外,由于黏土颗粒细小,搅拌后呈黏胶状态,黏胶既能携带尾砂颗粒运移,通过高压进入地层的细微裂隙,又能充填尾砂颗粒之间的孔隙,从而降低改性尾砂浆结石体的孔隙率,增强结石体的抗渗性能。
本发明还提供一种改性尾砂浆的制浆注浆工艺,该改性尾砂浆可为上述的任一配比的改性尾砂浆。
请参阅图1,其为本发明的一种改性尾砂浆的制浆注浆工艺的流程图。一种改性尾砂浆的制浆注浆工艺,按照以下工艺步骤进行:
1)制备采用表3中六种组分配比组合中的任一配比的改性尾砂浆;具体地,黏土经皮带运输机送往搅拌机,搅拌约10min后生成黏土原浆放入黏土原浆池;黏土原浆按照改性尾砂浆的配比要求,由离心泵经自动计量仪送往黏土水泥浆混合搅拌机;尾砂和水泥分别通过皮带运输机和螺旋泵经自动计量仪按照配比要求送至黏土水泥浆混合搅拌机;尾砂、水泥和黏土原浆三者混合,搅拌10~15min制成改性尾砂浆;
2)将制成的改性尾砂浆通过柱塞泵输送注入注浆孔,注浆完成。
需要注意的是,从制浆注浆流程可见,制浆能力必须大于浆液输送能力,才能在满足浆液质量的前提下保证注浆的连续性。
请同时参阅表5,其为各施工次序注浆量统计表。
表5 各施工次序注浆量统计
矿山地面帷幕注浆工程采用分序加密的原则进行施工,从表5可以看出,随着钻孔次序的增加,平均单位注浆量和耗灰量均明显减小,符合帷幕注浆各序注浆孔注入量由大到小变化的一般规律。同时说明,随着注浆序次的增加,帷幕轴线上地下过水通道明显减少。
矿山地面帷幕注浆工程完成后,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,采用简易压水试验的方法检查帷幕注浆工程的防渗性能。在矿区东南部帷幕段共施工了4个检查孔,压水16段次,有14段次透水率小于设计值(设计透水率5Lu),占88%,有2段次透水率略大于设计值(请参阅表6)。虽然其中有7段次(总段长29.86m)揭露了20个规模不等的溶洞(累计洞高21.42m),占段长的72%,但检查孔的透水率均满足可溶岩注浆结束的技术标准,说明浆液可注性良好,浆液扩散距离达到了设计值,注浆堵水效果达到了要求,帷幕防渗性能满足工程需要。
表6 检查孔简易压水试验情况一览
综合各试验结果可以看出,相比于现有技术,本发明的一种改性尾砂浆的制浆注浆工艺,采用本发明所公开的尾砂浆成分配比,具有以下优点:①以尾砂为主材,减少矿山尾砂排放量,节约资源,保护环境,促进绿色矿山建设;②改善尾砂浆液的性能,降低尾砂浆液离析率,提高浆液的可注性能;③提高浆液结石率,明显降低浆液结石体的渗透性,提高堵水率,浆液的结石体强度满足工程要求;④浆液材料来源广泛,价格低廉,减少工程投资;⑤技术工艺流程简单,可在注浆堵水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 (6)
1.一种改性尾砂浆,其特征在于:所述改性尾砂浆由以下重量份数的各组分组成:
且所述尾砂为粒径大小在10~100μm范围内的分级尾砂;
2.根据权利要求1所述的一种改性尾砂浆,其特征在于:所述黏土的粒径大小在0.002~0.5mm范围内;且所述黏土按质量百分比由以下组分组成:
黏粒 20%-40%
粉粒 50%-70%
砂粒 0.5%-10%
3.根据权利要求2所述的一种改性尾砂浆,其特征在于:所述水泥为普通硅酸盐散装P.032.5水泥。
4.根据权利要求3所述的一种改性尾砂浆,其特征在于:所述改性尾砂浆各成分的重量份数为:水:1.2,水泥:1.0,尾砂:1.8,黏土:0.2;
或:水:1.0,水泥:1.0,尾砂:1.7,黏土:0.3;
或:水:1.3,水泥:1.0,尾砂:1.6,黏土:0.4;
或:水:1.1,水泥:1.0,尾砂:1.6,黏土:0.4;
或:水:1.1,水泥:1.0,尾砂:1.5,黏土:0.5;
或:水:1.4,水泥:1.0,尾砂:2.6,黏土:0.4。
5.一种改性尾砂浆的制浆注浆工艺,按照以下工艺步骤进行:
1)将黏土与水按比例搅拌约10min后生成黏土原浆;再将黏土原浆、尾砂和水泥三者按比例混合,搅拌10~15min制成改性尾砂浆;所述改性尾砂浆各组分的重量份数为:
2)将制成的改性尾砂浆通过柱塞泵输送注入注浆孔。
6.根据权利要求5所述的一种改性尾砂浆的制浆注浆工艺,其特征在于:所述改性尾砂浆各成分的重量份数为:水:1.2,水泥:1.0,尾砂:1.8,黏土:0.2;
或:水:1.0,水泥:1.0,尾砂:1.7,黏土:0.3;
或:水:1.3,水泥:1.0,尾砂:1.6,黏土:0.4;
或:水:1.1,水泥:1.0,尾砂:1.6,黏土:0.4;
或:水:1.1,水泥:1.0,尾砂:1.5,黏土:0.5;
或:水:1.4,水泥:1.0,尾砂:2.6,黏土:0.4。
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