金源矿业注浆方案.docx
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金源矿业注浆方案
邯郸金源铁矿帷幕注浆施工方案
中国水电基础局有限公司
一、工程简介
南李庄铁矿位于邯郸县康庄乡南李庄村,矿山探明储量为2295.7万吨,全矿平均地质品位TFe38.6%,矿床为隐伏矿床,矿体长750m,宽480m,厚135m,
埋深为247.1~673.43m,项目预计投资1.88亿元,矿山你采用分期建设滚动发展的建矿思路,一期工程设计年铁矿石30万吨,铁精粉13.46万吨,设计服务年限39年。
为了保护水资源及矿山环境,矿山拟采用帷幕灌浆法施工,及充填法采矿,矿体帷幕灌浆孔深500~600m。
二、工程地质
工程地质详见地质报告
三、设计技术指标要求
截水率达80%以上,竖井排水量低于10000m3/天,满足抽水生产需要。
四、工期要求
本工程完工日期为2013年6月份。
五、施工技术方案
5.1、钻孔及灌浆试验
5.1.1试验目的
为了寻求适合本区工程地质条件的合理钻孔及灌浆参数、有效的钻孔及灌浆工艺、经济的工程投资,消除不安全隐患,保证帷幕灌浆和充填灌浆的质量,选择两个具有代表性的部位先进行灌浆试验。
具体试验目的为:
(1)通过钻孔试验,确定灌浆孔的钻孔参数;
(2)通过灌浆试验,确切了解地层的吃浆量,确定灌浆的参数值;
(3)提出合理的钻孔、灌浆参数,包括:
孔距,排距,灌浆工艺,钻灌工效,灌浆压力、钻孔灌浆定额。
(4)确定每米灌浆材料用量及最佳材料的配比;
(5)提出灌浆过程中特殊情况处理的具体措施。
5.1.2灌浆试验内容
(1)室内试验
1)原材料调研和取样
根据设计要求,到水泥、粉煤灰、外加剂产地对原材料的性能、运输距离、产量、质量稳定性等进行调研,初步确定能满足设计要求的可用于本工程的原材料品种并进行取样。
2)灌浆材料品质鉴定
对水泥、粉煤灰、外加剂等原材料进行品质检验,筛选出满足设计要求可用于本工程的原材料。
3)浆液配比试验
通过调整浆液中的水泥、粉煤灰、外加剂的掺量,对不同配合比粉煤灰水泥掺加外加剂浆液的粘结力、塑性粘度、泌水率、凝结时间、结石强度、弹性模量等项目的测试。
根据浆液配合比研究结果及技术经济分析,分别提出适用于本工程帷幕灌浆和充填灌浆的浆液配比。
(2)钻灌技术
通过本试验以验证孔口封闭、纯压灌浆技术在本工程的可行性。
通过试验确定适用的灌浆压力、灌浆结束标准等。
(3)常规效果试验
为检查灌浆试验结果,灌浆完工14d后,根据灌浆成果分析,布置检查孔进行钻孔取心试验。
其钻孔、取心按地勘标准进行,采用绳索取心工艺。
有结石的岩芯应分别妥善保存,按设计要求及时制成试件进行容重、强度等指标的测试。
5.2施工工艺流程
本工程帷幕灌浆和充填灌浆的施工工艺流程一致,如下图5-1所示。
5.3灌浆材料
5.3.1浆液组分及质量要求
灌浆材料的成分及性能要求如下表5-1所示。
我公司将根据有关的材料质量标准对每批材料入库前进行检验验收,并及时将检验成果报送监理工程师。
表5-1灌浆材料成分及性能要求
序号
材料
性能要求
1
水
达到混凝土拌合用水标准
2
水泥
42.5级普通硅酸盐水泥
3
粉煤灰
II级粉煤灰
4
膨润土
达到《膨润土建材行业标准》(JC/T592—1995)钻
井泥浆用膨润土质量指标要求
5
高效减水剂
主要成分为聚羧酸反应性高分子聚合物,减水率不小于35%,高保坍(2小时坍落度基本不损失),高增强(50%以上)。
6
自流平流化剂
流动扩展度500×500mm以上,保塑时间1~2h。
7
粉煤灰激活剂
抗压强度>3.3MPa/8h,稠化时间<240min,游离液
<2.5ml。
8
缓凝剂
稠化时间≥100min;初始稠度≤25Bc。
9
速凝剂
主要由铝氧熟料及多种无机盐综合复配细磨而成,符
合建材行业速凝剂标准J77-2005。
初凝≤3min;终凝
≤10min。
1天抗压强度≥8.5MPa;28天抗压强度比≥80%。
10
其它外加剂
国家和行业有关标准及设计人在施工期间所提技术要求。
根据设计要求和灌浆试验结果进行浆液配合比设计并将配合比试验结果报请监理人审批后方可投入实际应用。
5.3.2浆液制备
浆液制备的原则为:
集中制浆、分散配浆。
集中制浆站统一制备浆液,浆液中P.O42.5水泥和粉煤灰按水:
固=0.8:
1控制,固体材料中水泥:
粉煤灰=0.15:
0.85。
外加剂、掺合料等搅拌成溶液或浆液的形式加入搅拌机。
成品浆液通过输浆泵输送浆液至各灌浆工作面,各灌浆工作面应测定来浆密度,并根据各灌浆部位的不同需要调制后使用。
制浆材料必须按规定的浆液配比计量,制浆材料称量误差小于5%,水泥固相材料采用重量称量法计量。
浆液采用集中制浆站拌制,搅拌时间不少于60s,浆液在使用前过筛,自开始制备至用完时间宜小于4h。
否则不能再用,并弃置监理人指定的地点。
加入掺合料和外加剂的浆液搅拌时间以及自制备到用完的时间通过试验确定。
浆液温度应保持在5~40ºC,超过此标准的应视为废浆。
5.4钻灌施工设备配备
5.4.1钻孔设备
本工程钻孔采用XY-44或XY-6型千米钻机施工,覆盖层钻孔选用硬质合金钻头,基岩中钻孔选用金刚石复合片刮刀及金刚石钻头。
图5-3XY-6型钻机
图5-2XY-44型钻机
5.4.2制浆设备
计划在场内设置4座集中制浆系统,该制浆系统称量、上料、搅拌、输浆均可自动完成,外加剂采用溶液形式加入,膨润土等掺合料搅拌成浆液加入。
制备好的浆液通过输浆主管道送往各灌浆工作面。
5.4.3灌浆设备
主要灌浆设备有:
灌浆泵、立式双桶储浆搅拌机、灌浆自动记录系统等。
(1)灌浆泵
选用BW-250型灌浆泵(见图5-4、图5-5),卧式三缸往复式单作用柱塞泵,灌注普通稳定浆液,3SNS灌浆泵灌注膏状浆液。
BW-250型灌浆泵技术参数
排量:
35~250L/min
压力:
2.5~7MPa
进道直径:
75mm
出道直径:
50mm
功率:
15kW
重量:
500kg
外形尺寸(mm):
1100×995×650
图5-4BW-250灌浆泵
参数\型号
3SNS
排量(1/min)
100、207
压力(Mpa)
10、4
进道直径(mm)
64
排道直径(mm)
32
功率(kw)
18.5
重量(不含动力kg)
730
外形尺寸(mm)
1800×945×705
图5-53SNS型三缸高压注浆泵
(2)立式双桶储浆搅拌机
选用J-400型立式双桶储浆搅拌机(见图5-6),容积为2×200L,搅拌轴转速51r/min。
该机装置了密度传感器,可自动测试浆液密度,并与GMS系列灌浆自动记录仪连接,可显示和打印浆液密度值及历时曲线。
(3)灌浆自动记录仪
拟采用“四参数”(灌浆压力、注入率、浆液密度、岩体抬动变形)GMS2001(J31C-T)灌浆数据采集与监控系统。
该系统是我公司科研所、西安交通大学等单位共同开发研制的第五代产品,是目前国内最先进的灌浆自动记录仪,该系统已成功地在国内外多项大中型灌浆工程中成功应用。
本系统曾大量用于小浪底水利枢纽、润扬大桥地连墙封水工程、李家峡水电站、马来西亚民都鲁克拉隆水坝、苏丹麦洛维大坝灌浆工程等。
该系统性能优越、可靠、便于集中控制和远程监测。
操作人员从监视器上可直接监视多个灌浆过程,控制每一个灌浆过程按预定程序进行,并可按规范或设计要求自动生成各种统计报表及成果图。
5.5钻孔施工
5.5.1施工供水及护壁泥浆制备系统
(1)为保证施工过程中钻孔、冲洗用水,计划在本工程灌浆施工场地内布置4座储水池用于储水、加压,储水池容量均按照200m3考虑,每座水池内下入潜水泵向各钻孔工作面供水。
孔口反出的水澄清后回收至储水池内循环利用。
(2)覆盖层中钻孔计划采用膨润土泥浆护壁钻孔的工艺。
计划在场内合适位置设置4座简易式制浆系统。
制浆系统由膨润土库房、泥浆搅拌平台、膨化池、供浆池、回浆池构成。
膨润土库房采用钢屋架厂房结构,面积为25m2,可储存膨润土15t,泥浆搅拌平台安装一台ZL-400型高速搅拌机用于泥浆搅拌,膨化池、供浆池、回浆池均采用砖砌地埋结构,容量均为6m3。
泥浆搅拌完成后须经过至少12h的膨化方可用于钻孔,采用NL50-12立式泥浆泵通过供浆管路向钻孔作业面供浆,采用加装回浆管的方案控制送浆量及压力。
钻孔过程中的回浆中含有钻渣、岩粉等回收后需经过沉淀方可投入再次利用。
5.5.2钻孔方案
本工程钻孔采用XY-44或XY-6型钻机施工,考虑到钻孔深度较大,起钻困难,无需取心的钻孔计划采用全断面钻头进行钻孔。
全断面钻进方式可节省许多非钻的时间,回次进尺不受限制,可避免取心钻进易产生的堵心等事故,从而可以加快施工进度,降低劳动强度和工程成本,施工过程中无需起钻、取心,钻渣随泥浆、清水反出孔口。
覆盖层钻孔选用硬质合金矛式钻头,基岩中钻孔选用金刚石复合片刮刀式全断面钻头(图5-7)。
需采取岩芯的钻孔采用XY-44型地质钻机钻孔,配备绳索取心专用钻杆、钻头施工。
绳索取心钻进是指在钻进过程中,当岩心充满岩心管后,不需提钻取岩心,而是以钻杆为通道,借助于绳索和专用打捞工具,把钻进过程中贮存于内岩心管中的岩心提升到孔外的取心钻进方法。
由于这种方法不需要将钻杆提升到孔外,所以极大地减少了起下钻具的时间。
5.5.3一般孔钻孔控制
钻机安装应平整稳固,钻孔方向应按施工图纸要求确定,钻孔时必须保证孔向准确。
帷幕注浆孔钻孔采用XY-44或XY-6型钻机施工,膨润土泥浆护壁,开孔孔经130~150mm,钻杆直径71mm,终孔孔径75mm,注浆孔孔距拟定为10m。
5.5.4绳索取心孔钻孔控制
灌浆孔进入基岩后钻孔采用地质回转钻机装配绳索取心钻杆、钻头进行施工。
绳索取心钻具如图5-8所示。
绳索取心钻进的基本工艺过程:
地表组配钻具→检查卡簧、卡簧座和钻头内径的配合→下钻(内管总成可以不随钻具下入)→送水冲孔→投入内管总成→钻进→卡断岩心→下入打捞器打捞内管总成→提出内管总成、取岩心→检查内管总成→从钻杆内孔中投入(或下入)内管总成→继续钻进。
钻进工艺过程中应注意以下几点:
(1)当岩心充满岩心管或岩心堵塞时,应立即打捞岩心。
使用装有堵塞报警机构的钻具钻进时,当岩心堵塞或岩心充满后,泵压骤然上升。
(2)将钻具提离孔底一小段距离,卡断岩心,拧开机上钻杆,钻机退离孔口。
(3)从孔口钻杆中放入打捞器。
打捞器在冲洗液中下降速度约为1.5~2m/s。
由此,可根据孔深估算打捞器到达孔底的时间。
(4)当打捞器到达孔底,可缓慢地提动钢丝绳。
若因提动钢丝绳而造成冲洗液由钻杆中溢出时,说明打捞可能成功,否则需再次下放打捞器。
(5)若打捞成功,则用绳索将内管提出,否则应提钻处理。
(6)内管提出后,应缓慢放下摆平,以免将调节螺杆墩弯。
(7)当从所取岩心中判明外管和钻杆内无岩心时,将另一套备用岩心管从孔口下人钻杆内。
此时可开动钻机缓慢转动并开泵冲送,加快内管下降速度及防止在钻杆中卡塞。
(8)通过钻具到底报信机构的显示或根据下降时间判断确认内管已经到位时,慢慢开始扫孔钻进。
(9)在易斜岩层中钻进时要注意防斜。
尽管绳索取心钻杆与孔径配合比较合理,有利于防斜,但绳索取心钻杆的壁较薄(一般4-5mm),而钻压又较大,所以操作不当极易造成钻孔弯曲。
因此,在易产生孔斜的地层中钻进时,应适当控制钻压和转速。
钻取的岩芯按取心次序统一编号,填牌装箱,芯样拍照并绘制钻孔柱状图和进行岩芯描述。
5.5.5孔斜检查
钻孔测斜每孔至少一次,终孔孔斜不超过1/100。
我公司拟采用KXP-1轻便测斜仪对钻孔进行孔斜测量。
该型测斜仪的精度为:
方位角≤±2°,顶角≤0.5°。
具有精度高、适应性强、抗干扰性和防震性好、操作简便、照片记录清晰、易读和可连续操作等一系列优点,特别是对较深钻孔的测斜其性能明显优于其它测斜仪器。
5.5.6钻孔保护
妥善加以保护施工图纸所示的所有钻孔,直到验收合格为止,否则自行负责扫孔或重钻。
5.6钻孔冲洗
为提高灌浆效果,在钻孔结束后对钻孔进行冲洗,本工程拟采用通过导管送入大流量水流,将受注段岩石裂缝、裂隙中充填物带走,使浆液扩散范围加大。
冲洗压力及结束标准根据不同的地质条件,通过现场灌浆试验确定。
5.7帷幕灌浆施工
5.7.1灌浆分序
灌浆施工应按照先帷幕灌浆后充填灌浆的顺序,以减少和阻止注入浆液的流失和浪费。
帷幕灌浆计划采用孔口封闭,纯压法灌浆,拟用BW-250型灌浆泵配合GMS2001(J31C-T)型灌浆自动记录仪进行灌浆施工,分二序加密,先Ⅰ序孔,再施工Ⅱ序孔。
5.7.2灌浆管路连接
帷幕灌浆采用孔口封闭,纯压法灌浆。
在覆盖层中钻孔孔径为φ130mm~φ150mm直至入基岩2m,然后下入φ130mm套管护壁,扫孔开始钻进φ89mm灌浆孔。
灌浆开始前把φ130mm套管与注浆管用法兰盘连接,并安装用于投入砂或矿渣等颗粒的三通及下料装置,形成孔口封闭装置并连接灌浆管路,孔口封闭装置如图5-10所示。
灌浆管路连接方案见图册《纯压法灌浆管路连接图》(YC3-05)。
管路采用大于φ50mm的钢管和高压胶管连接而成,管内部应能承受不低于2MPa的张力。
5.7.3灌浆施工工艺
灌浆压力应按施工图或监理人的指示通过灌浆试验最终确定。
灌浆压力通过安装在回浆管路上的高压阀门控制,压力表安装在灌浆泵和进浆管靠近孔口部位,压力表量程不低于6MPa,压力表读数取其中值。
帷幕注浆孔采用间歇灌浆,先用水固比1:
1的水泥粉煤灰浆液(固相成分中水泥与粉煤灰的重量比为0.15:
0.85)灌注。
如大量灌注后孔口仍无压力,停止灌浆间歇一段时间,采用水泥沙浆灌注。
孔口起压后,采用纯浆液灌注,根据压力上升快慢调整浆液配合比,采用水固比0.8:
1的浆液进行灌注,直至灌浆结束。
5.7.4灌浆结束标准
帷幕灌浆单孔灌浆结束标准为小于20L/min,继续灌注20分钟。
5.8灌浆质量检查
本标段灌浆质量检查采用钻孔取芯和地质CT扫描相结合的方案进行。
5.9施工难点及对策
5.9.1孔斜控制
本标段灌浆工程钻孔深度较大,最深部位达600m,针对较深的钻孔施工中容易出现的偏斜问题,在钻孔过程中保持钻压和水量平衡,稳固钻机,及时对变形钻杆进行矫正或淘汰,采用高精度的KXP-1型测斜仪进行孔斜测量、勤测孔斜5.9.2工程地质复杂
钻孔施工工效低、卡钻等情况,我公司拟选用大扭矩地质钻机回转钻进,覆盖层中泥浆护壁钻进工艺,现场控制方面,提高钻机的完好率和精确度。
由于本工程孔深较大,采用常规钻孔方案将有大量时间耗费在提钻、取芯上,降低施工工效,增加劳动强度;为此,计划在本工程钻孔施工中采用全断面钻头或金刚石钻孔,钻出的钻渣随钻液反出孔口,省去大量辅助时间,降低劳动强度。
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