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离散性分析在矿山帷幕注浆效果评价中的应用
2015-05-29
矿山帷幕注浆工程属于大型地下隐蔽工程,采取合理有效的评价方法论证注浆施工 质量能否满足设计要求,是工程质量缺陷修补和最终评价验收的重要环节。利用已竣工的两项矿 山帷幕注浆工程相关技术资料作为分析依据,通过对单位注浆量和单位透水率数据的离散性分析, 阐述了该方法对于矿山帷幕注浆工程施工质量评价的重要作用,为同类工程质量评价提供借鉴。
SeMriaaly.N2o0.15553 现 ꢀ 代 ꢀ 矿 ꢀ 业 2015总年 第55月53第期 5 期 MODERN MINING 离 散 性 分 析 在 矿 山 帷 幕 注 浆 效 果 评 价 中 的 应 用 蒋 鹏 飞 ꢀ 高 学 通 华 北 有 色 工 程 勘 察 院 有 限 公 司 ) ( ꢀ ꢀ 摘 ꢀ 要 ꢀ 矿 山 帷 幕 注 浆 工 程 属 于 大 型 地 下 隐 蔽 工 程 , 采 取 合 理 有 效 的 评 价 方 法 论 证 注 浆 施 工 质 量 能 否 满 足 设 计 要 求 , 是 工 程 质 量 缺 陷 修 补 和 最 终 评 价 验 收 的 重 要 环 节 。 利 用 已 竣 工 的 两 项 矿 山 帷 幕 注 浆 工 程 相 关 技 术 资 料 作 为 分 析 依 据 , 通 过 对 单 位 注 浆 量 和 单 位 透 水 率 数 据 的 离 散 性 分 析 , 阐 述 了 该 方 法 对 于 矿 山 帷 幕 注 浆 工 程 施 工 质 量 评 价 的 重 要 作 用 , 为 同 类 工 程 质 量 评 价 提 供 借 鉴 。 关 键 词 ꢀ 离 散 性 分 析 ꢀ 矿 山 帷 幕 注 浆 ꢀ 均 一 性 ꢀ 质 量 缺 陷 Application of Discrete Analysis Method in the Evaluation of Mine Curtain Grouting Effect Jiang Pengfeiꢀ Gao Xuetong ( North China Engineering Investigation Institute Co. , Ltd. ) Abstractꢀ Mine curtain grouting projects belong to large underground concealed engineering, it is necessary to take reasonable and effective evaluation method to analyze the grouting construction quality can meet the design requirements, which is the important step of repairing of the project quality defect and final evaluation of the project quality. Based on the related technical data of the two mine curtain grouting projects that has been finished, data of unit grouting quantity and unit rate of permeable are ana lyzed by using the discrete analysis method, the important role of the discrete analysis method in the eval uation of the mine curtain grouting quality is discussed so as to provide reference for similar engineering. Keywordsꢀ Discrete analysis, Mine curtain grouting, Uniformity, Quality defects ꢀ ꢀ 随 着 国 家 对 矿 产 资 源 需 求 的 增 加 , 工 程 水 文 地 通 过 帷 幕 注 浆 , 可 以 将 帷 幕 范 围 内 水 文 地 质 条 件 不 均 一 的 地 质 体 进 行 治 理 和 改 善 。 质 条 件 简 单 、 埋 藏 浅 的 资 源 逐 渐 开 发 殆 尽 , 将 来 的 矿 产 开 发 将 面 临 埋 藏 深 、 难 度 大 、 水 文 地 质 条 件 复 杂 等 众 多 问 题 , 开 发 矿 产 和 保 护 水 环 境 之 间 的 矛 盾 越 来 越 尖 锐 。 而 矿 山 帷 幕 注 浆 是 能 够 在 两 者 之 间 达 到 政 策 、 经 济 和 技 术 上 相 平 衡 的 重 要 手 段 13] 。 矿 山 帷 幕 注 浆 工 程 具 有 投 资 大 、 时 间 长 以 及 隐 蔽 性 强 的 特 点 , 如 何 通 过 施 工 过 程 中 技 术 资 料 的 分 析 , 查 找 施 工 中 存 在 的 问 题 , 是 保 证 整 体 工 程 施 工 质 量 、 降 低 工 程 投 资 风 险 的 关 键 。 [ 对 于 工 程 地 质 条 件 复 杂 、 地 下 水 丰 富 以 及 对 区 域 水 环 境 破 坏 大 的 矿 山 , 帷 幕 注 浆 是 治 理 和 保 护 地 下 水 的 重 要 手 段 。 其 原 理 是 通 过 钻 孔 揭 露 含 水 层 , 利 用 压 力 将 可 凝 结 浆 液 充 填 进 入 含 水 层 裂 隙 岩 溶 一 定 范 围 , 封 堵 地 下 水 通 道 , 达 到 隔 绝 或 降 低 幕 体 内 外 地 下 水 之 间 的 水 力 联 系 的 目 的 。 1ꢀ 离 散 性 分 析 原 理 由 于 帷 幕 注 浆 中 待 注 地 层 的 水 文 地 质 条 件 存 在 严 重 的 不 均 一 性 , 因 此 , 矿 山 帷 幕 注 浆 施 工 质 量 的 评 价 , 主 要 体 现 在 待 注 浆 地 质 体 透 水 性 由 不 均 一 向 均 一 的 演 变 过 程 45] 。 [ 矿 山 帷 幕 注 浆 工 程 经 常 采 用 三 序 施 工 法 , 即 将 帷 幕 线 上 的 所 有 注 浆 孔 按 3 个 次 序 施 工 , 顺 序 的 编 排 见 图 1。 一 般 来 说 , 矿 产 资 源 是 由 于 早 期 的 地 质 构 造 运 动 形 成 的 , 也 是 由 于 这 些 地 质 构 造 的 存 在 , 将 成 矿 区 域 分 割 成 工 程 地 质 、 水 文 地 质 条 件 不 均 的 地 质 单 元 , ꢀ ꢀ 蒋 鹏 飞 ( 1974— ) , 男 , 高 级 工 程 师 , 050021 河 北 省 石 家 庄 市 汇 通 路 39 号 。 图 1ꢀ 矿 山 帷 幕 注 浆 孔 孔 序 编 排 设 计 示 意 1 16 ꢀ ꢀ 蒋 鹏 飞 ꢀ 高 学 通 : 离 散 性 分 析 在 矿 山 帷 幕 注 浆 效 果 评 价 中 的 应 用 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年 5 月 第 5 期 在 三 序 施 工 法 中 , 通 过 单 位 注 浆 量 和 单 位 透 水 通 过 离 散 系 数 进 行 离 散 性 分 析 后 , 形 成 表 3。 由 表 3 可 以 看 出 , 本 工 程 中 各 序 孔 的 离 散 性 呈 现 逐 序 降 低 的 趋 势 , 表 明 前 序 孔 的 注 浆 很 好 的 影 响 到 了 后 序 孔 , 而 随 着 后 序 孔 的 注 浆 , 待 注 浆 体 的 水 文 地 质 条 件 已 改 善 得 较 为 均 一 , 帷 幕 体 的 整 体 堵 水 效 果 得 到 保 证 。 率 等 数 据 变 异 程 度 的 统 计 分 析 , 可 以 消 除 由 于 平 均 数 不 同 多 个 资 料 变 异 程 度 比 较 的 影 响 , 能 够 反 映 出 一 组 数 据 在 单 位 均 值 上 的 离 散 程 度 或 均 一 性 , 即 为 离 散 系 数 。 离 散 系 数 的 计 算 6] : [ δ = σ , ( 1) ( 2) nμ 表 3ꢀ 案 例 1 各 孔 序 离 散 性 分 析 Σ μi , 孔 类 注 灰 量 离 散 系 数 透 水 率 离 散 系 数 i = 1 n μ = n Ⅰ序 孔 1. 10 2. 04 Ⅱ 序 孔 0. 91 0. 87 2 2 Ⅲ序 孔 检 查 孔 加 密 孔 0. 75 0. 60 Σ μ - nμ i i = 1 0. 65 0. 50 σ = , ( 3) n - 1 0. 55 0. 38 槡 式 中 , δ 为 离 散 系 数 ; μ 为 单 位 注 灰 量 平 均 值 ; σ 为 标 2 . 2ꢀ 工 程 案 例 2 准 差 。 案 例 2 完 成 工 作 量 见 表 4。 由 于 原 始 状 态 下 的 基 岩 裂 隙 岩 溶 发 育 , 帷 幕 注 浆 第 一 顺 序 孔 施 工 参 数 会 受 到 水 文 地 质 条 件 的 不 均 一 影 响 , 出 现 很 大 的 变 异 , 离 散 系 数 应 最 大 ; 第 一 顺 序 孔 注 浆 后 , 第 二 顺 序 孔 基 岩 的 裂 隙 岩 溶 被 部 分 封 堵 , 基 岩 的 均 一 性 已 有 好 转 , 施 工 参 数 虽 会 有 一 定 的 变 异 , 但 离 散 系 数 应 比 第 一 顺 序 孔 小 ; 第 三 顺 序 孔 基 岩 的 裂 隙 岩 溶 已 全 部 被 封 堵 , 形 成 较 好 的 统 一 体 和 均 一 体 , 其 离 散 系 数 应 最 小 。 表 4ꢀ 案 例 2 完 成 工 作 量 统 计 个 孔 类 Ⅰ序 注 浆 孔 45 Ⅱ序 注 浆 孔 42 Ⅲ序 注 浆 孔 84 工 作 量 ꢀ ꢀ 通 过 对 本 工 程 中 各 序 孔 单 位 注 浆 量 和 单 位 透 水 率 数 据 的 整 理 , 各 序 孔 的 数 据 统 计 值 见 表 5。 从 表 5 中 可 看 出 , 各 组 数 据 按 先 后 次 序 也 存 在 由 大 到 小 的 降 低 趋 势 , 可 以 反 映 出 该 工 程 整 体 呈 现 较 好 的 注 浆 叠 加 效 应 。 因 此 , 在 矿 山 帷 幕 注 浆 中 各 数 据 组 计 算 出 的 离 散 系 数 越 小 , 表 明 形 成 的 帷 幕 体 均 一 性 越 好 , 基 岩 的 裂 隙 岩 溶 封 堵 越 密 实 , 帷 幕 注 浆 施 工 质 量 达 到 了 设 计 要 求 。 表 5ꢀ 案 例 2 全 孔 叠 加 效 应 分 析 注 灰 量 单 位 透 水 率 分 类 全 区 平 均 值 ( m3 / m) 百 分 比 平 均 值 百 分 比 / / % / Lu 8. 68 23. 08 6. 85 1. 31 / % 2 ꢀ 工 程 实 例 1. 61 2 . 1ꢀ 案 例 1 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 序 孔 2. 23 案 例 1 完 成 工 作 量 见 表 1。 序 孔 序 孔 1. 70 76. 19 51 29. 68 6 表 1ꢀ 案 例 1 完 成 工 作 量 统 计 个 1. 14 孔 类 工 作 量 Ⅰ序 注 浆 孔 Ⅱ序 注 浆 孔 Ⅲ序 注 浆 孔 检 查 孔 加 密 孔 ꢀ ꢀ ꢀ 注 : 表 中 百 分 比 是 各 序 孔 数 值 与 Ⅰ序 孔 相 应 数 值 的 比 值 。 ꢀ 71 88 123 36 20 通 过 对 本 工 程 中 各 序 孔 的 离 散 性 分 析 , 发 现 前 后 ꢀ ꢀ 各 序 孔 单 位 注 浆 量 和 单 位 透 水 率 数 据 平 均 值 见 序 孔 的 离 散 性 规 律 性 较 差 , 说 明 工 程 中 局 部 地 方 存 在 异 常 现 象 , 造 成 后 序 孔 的 离 散 性 大 , 表 明 可 能 存 在 一 定 的 质 量 隐 患 。 见 表 6。 表 2。 表 2 中 , 各 组 数 据 按 先 后 次 序 具 有 由 大 到 小 的 降 低 趋 势 , 可 以 反 映 出 该 工 程 整 体 呈 现 的 良 好 注 浆 叠 加 效 应 。 表 6ꢀ 案 例 2 各 孔 序 离 散 性 系 数 表 2ꢀ 案 例 1 各 序 孔 数 据 统 计 平 均 值 孔 序 注 浆 量 离 散 系 数 透 水 率 离 散 系 数 注 灰 量 单 位 透 水 率 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 0. 65 0. 45 0. 53 1. 17 1. 96 0. 86 分 类 全 区 平 均 值 百 分 比 平 均 值 百 分 比 / ( m3 / m) 549. 06 970. 65 529. 57 338. 03 254. 99 / % / Lu / % 3 ꢀ 离 散 性 分 析 的 作 用 上 述 两 项 工 程 实 例 表 明 , 施 工 过 程 中 技 术 资 料 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 序 孔 4. 72 1. 14 0. 77 0. 42 序 孔 序 孔 54. 56 34. 82 26. 27 25. 15 16. 31 8. 90 的 离 散 性 分 析 可 以 评 价 矿 山 帷 幕 注 浆 的 施 工 质 量 , 能 够 发 现 帷 幕 体 局 部 位 置 的 质 量 隐 患 。 检 查 孔 ꢀ ꢀ 注 : 表 中 百 分 比 是 各 序 孔 数 值 与 Ⅰ序 孔 相 应 数 值 的 比 值 。 在 工 程 案 例 2 中 , 由 表 6 可 以 看 出 单 位 注 浆 量 1 17 总 第 553 期 现 代 矿 业 2015 年 5 月 第 5 期 离 散 系 数 表 现 为 Ⅲ序 孔 大 于 Ⅱ序 孔 , 表 明 帷 幕 体 范 围 内 的 石 灰 岩 含 水 层 虽 然 经 过 了 Ⅰ、 Ⅱ序 孔 的 注 浆 , 但 在 局 部 Ⅲ序 孔 的 位 置 上 还 存 在 较 大 裂 隙 , 造 成 了 表 9ꢀ 案 例 2 离 散 分 析 中 单 位 注 浆 量 异 常 点 3 异 常 值 / ( m / m) 孔 序 异 常 钻 孔 全 孔 - 200 m 以 上 Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ K12 K26 K28 K44 K46 K50 K56 K66 K70 K74 K78 K80 K98 K122 K128 K130 K142 K160 2. 83 1. 94 1. 64 1. 69 2. 38 2. 12 2. 52 3. 06 1. 81 2. 39 2. 20 2. 31 1. 76 1. 98 1. 64 2. 06 1. 64 1. 97 4. 91 3. 48 3. 05 2. 89 4. 35 3. 80 4. 19 5. 09 2. 57 2. 39 2. 20 2. 46 1. 54 2. 45 2. 29 2. 78 2. 35 2. 45 Ⅲ 序 孔 单 位 注 浆 量 离 散 性 较 大 。 3 . 1ꢀ 单 位 透 水 率 离 散 性 分 析 从 单 位 透 水 率 离 散 系 数 来 看 , Ⅱ序 孔 大 于 Ⅰ序 孔 , 说 明 矿 区 裂 隙 岩 溶 发 育 的 不 均 一 , Ⅰ序 孔 的 注 浆 对 相 同 距 离 的 含 水 层 透 水 性 影 响 程 度 不 一 , 因 此 Ⅱ 序 孔 单 位 透 水 率 离 散 性 较 大 ; Ⅱ序 孔 注 浆 后 , Ⅲ序 孔 的 离 散 系 数 明 显 减 小 , 表 明 了 Ⅰ序 孔 和 Ⅱ序 孔 注 浆 产 生 的 良 好 叠 加 效 应 ; 但 是 Ⅲ序 孔 离 散 系 数 和 Ⅰ序 孔 基 本 一 致 , 则 表 明 局 部 Ⅲ序 孔 位 置 存 在 较 大 岩 溶 裂 隙 , 注 浆 量 较 大 , 从 而 增 加 了 Ⅲ序 孔 的 离 散 性 。 对 工 程 案 例 2 中 各 序 注 浆 孔 的 单 位 透 水 率 进 行 分 析 , 以 全 区 平 均 单 位 透 水 率 8. 68 Lu 为 界 , 发 现 造 成 Ⅱ序 孔 单 位 透 水 率 离 散 性 过 大 主 要 是 由 6 个 注 浆 孔 造 成 的 , 而 Ⅲ序 孔 单 位 透 水 率 离 散 系 数 偏 大 仅 因 为 1 个 注 浆 孔 所 致 , 见 表 7。 明 显 的 由 不 均 一 向 均 一 的 发 展 趋 势 , 即 上 述 分 析 的 异 常 点 是 工 程 中 的 隐 患 位 置 , 需 要 补 强 。 表 10ꢀ 案 例 2 调 整 后 单 位 注 浆 量 表 7ꢀ 案 例 2 离 散 分 析 中 单 位 透 水 率 异 常 点 单 -位2透00水m率标 离高 散以 系上 数 异 常 值 / Lu 孔 序 全 孔 单 位 透 水 率 离 散 系 数 孔 序 异 常 钻 孔 全 孔 - 200 m 以 上 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 0. 65 0. 45 0. 36 0. 67 0. 50 0. 40 Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅲ K19 K23 23. 91 30. 55 52. 97 28. 63 72. 49 17. 71 10. 68 45. 00 56. 50 71. 27 37. 87 108. 55 25. 43 14. 45 K99 4 ꢀ 结 ꢀ 论 K103 K107 K111 K112 通 过 对 两 项 工 程 实 例 的 离 散 性 分 析 , 表 明 在 矿 山 帷 幕 注 浆 工 程 中 , 采 用 离 散 性 对 施 工 过 程 中 技 术 资 料 进 行 及 时 统 计 分 析 , 不 仅 能 评 价 工 程 施 工 质 量 , 还 能 及 时 发 现 工 程 中 存 在 的 质 量 隐 患 位 置 , 为 后 期 帷 幕 体 的 加 密 补 强 提 供 依 据 。 因 此 , 离 散 性 分 析 法 在 矿 山 帷 幕 注 浆 工 程 质 量 评 价 中 是 合 理 有 效 的 技 术 手 段 , 值 得 推 广 。 ꢀ ꢀ 排 除 以 上 异 常 , 本 工 程 中 各 序 孔 单 位 透 水 率 的 离 散 性 见 表 8。 表 8ꢀ 案 例 2 调 整 后 全 孔 单 位 透 水 率 离 散 系 数 Ⅰ 1 序 孔 Ⅱ序 孔 0. 79 Ⅲ序 孔 0. 41 . 17 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 ꢀ ꢀ 由 表 8 的 离 散 性 分 析 可 以 看 出 , 排 除 异 常 点 后 , [ 1] ꢀ 卢 ꢀ 萍 , 侯 克 鹏 . 帷 幕 注 浆 技 术 在 矿 山 治 水 中 的 应 用 现 状 与 发 展 趋 势 [ J] . 现 代 矿 业 , 2010( 3) : 2124. 整 个 统 计 数 据 呈 现 出 明 显 的 由 不 均 一 向 均 一 的 发 展 趋 势 。 即 上 述 分 析 的 异 常 点 是 工 程 中 的 隐 患 位 置 , 需 要 补 强 。 [ 2] ꢀ 王 ꢀ 军 . 矿 山 地 下 水 害 防 治 技 术 新 进 展 [ J] . 采 矿 技 术 , 2002 ( 3) : 5558. 3 . 2ꢀ 单 位 注 浆 量 离 散 性 分 析 [ 3] ꢀ 蒋 鹏 飞 , 于 同 超 , 高 广 锋 . 帷 幕 注 浆 工 艺 在 大 水 矿 山 中 的 应 用 [ J] . 现 代 矿 业 , 2010( 6) : 118120. 对 工 程 2 各 序 注 浆 孔 的 单 位 注 浆 量 分 析 , 以 工 3 [ 4] ꢀ 韩 贵 雷 , 于 同 超 , 刘 殿 凤 , 等 . 矿 山 帷 幕 注 浆 方 案 研 究 及 堵 水 效 果 综 合 分 析 [ J] . 矿 业 研 究 与 开 发 , 2010, 30( 3) : 9598. 程 中 平 均 单 位 注 浆 量 1. 61 m / m 为 界 , 发 现 造 成 Ⅲ 序 孔 单 位 注 浆 量 离 散 系 数 大 于 Ⅱ序 孔 是 由 其 中 14 个 注 浆 孔 造 成 的 , 见 表 9。 [ 5] ꢀ 宋 ꢀ 峰 , 刘 新 社 . 中 关 铁 矿 帷 幕 注 浆 工 程 科 技 成 果 汇 编 [ M] . 武 汉 : 中 国 地 质 大 学 出 版 社 , 2012. 排 除 以 上 异 常 后 , 工 程 2 中 各 序 孔 单 位 注 浆 量 [ 6] ꢀ 《 工 程 地 质 手 册 》 编 委 会 . 工 程 地 质 手 册 [ M] . 4 版 . 北 京 : 中 国 的 离 散 性 见 表 10。 建 筑 工 业 出 版 社 , 2006. 表 10 的 离 散 性 分 析 表 明 , 整 个 工 程 数 据 呈 现 出 18 ( 收 稿 日 期 20141126) 1
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