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灌浆技术现阶段已成为国内外岩土工程界中一门专业性很强的学术分支,用灌浆处理各种岩土工程问题,已成为非常常见的方法。随着灌浆技术的日益成熟和发展,它的应用领域和作用也在逐渐扩大。近年来帷幕灌浆技术开始逐步应用于矿山的防渗堵水中。但灌浆理论的发展尚不成熟,注浆效果的检测也是一个薄弱环节。本文以中关铁矿帷幕灌浆工程为例,在了解矿区地质条件、水文地质条件及帷幕灌浆设计施工的基础上,研究分析了浆液性能、注浆资料,对注浆材料进行了优选,评价了帷幕注浆的堵水效果。并采用地下水模拟通用程序Visual MODFLOW3.1模拟软件,通过渗流数值模拟计算,对帷幕堵水效果做了更进一步的评价。本文所做的主要工作如下:
1、在他人研究的基础上,通过浆液实验,研究不同混合浆液的流动性、析水率、凝结时间和强度等,对浆液的流变性进行了分析,得出了以下结论:(1)粉煤灰与水泥6:4混合后的结石28天抗压强度可达到20.3MPa,水固比可达0.7:1,密度1.57g/m3,稠度64.8s,45μm筛筛余量的细度为5%,其性能适合作为注浆材料。适用于吸浆量较大地段的注浆。(2)矿渣与水泥6:4混合后,析水率偏高,一般为84%-14%,析水时间较短,并且尾矿砂的粒径较大,不适合作为注浆材料,但是可作特殊的注浆材料,处理大溶洞和大裂隙。(3)粘土、膨润土与水泥的混合材料,稳定性好,也具有一定的强度,但是它的水固比仅能达到1:1,相应的密度较小,稠度过大,同时造价偏高。不适宜作为注浆材料。
2、结合工程经验,收集注浆资料,对工程资料进行整理,分析研究注浆的注灰量、压水试验的透水率,并计算注灰量和透水率的变异系数,分析了中关铁矿帷幕注浆的注浆效果,得到的研究成果有:(1)Ⅱ序孔平均单位注灰量比Ⅰ序孔平均单位注灰量减少了71.1%,Ⅲ序孔Ⅱ序孔平均单位注灰量减少了51.0%;Ⅱ序孔平均透水率比Ⅰ序孔减少了82.5%,Ⅲ序孔平均透水率比Ⅱ序孔减少了71.5%。说明随着注浆进行,帷幕体已经逐渐形成,起到了防渗效果。(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔单位注灰量的变异系数分别为0.95、0.65、0.39,平均透水率的变异系数分别为1.73、0.95、0.23,均呈现递减趋势。从整体上看,Ⅰ序孔变异系数较大,说明岩体裂隙发育不均一,且裂隙较大;Ⅱ、Ⅲ序孔变异系数较小,且依次降低,说明注浆后岩体裂隙率逐渐变小,而且均一,帷幕墙逐渐形成,证明注浆效果明显。(3)得到了透水率和注灰量之间的近似关系。(4)注浆孔设计12m间距是比较合理的,钻孔间距不宜再延长。
3、为了进一步研究中关铁矿帷幕注浆的效果,本文运用地下水渗流模拟通用程序VisualMODFLOW3.1软件建立了矿区水文地质概念化模型,采用网格三维有限差分数值方法进行计算,对矿区地下水的渗流场情况进行了模拟分析,模拟结果显示,帷幕建成后,矿区地下水的渗流场发生了明显改变,帷幕内外水位差达372m,矿区内,水位线+50处仍见干涸区域,证明中关铁矿帷幕注浆工程,设计帷幕厚度T=10m,帷幕的渗透系数K=0.08m/d,完全可以达到堵水率80%的防渗堵水效果。