云南毛坪铅锌矿南部帷幕水文地质特征及黏土水泥浆注浆适用性分析

胡其全

(彝良驰宏矿业有限公司，云南 昭通 657000)

1 地质概况

矿区东西向帷幕段横切石门坎背斜东翼，但位置靠下，处于背斜下部泥盆系(D)地层中。东翼地层总体产状自西向东逐渐缓倾，受SE～NW向应力挤压，呈波状起伏[1]。石门坎背斜核部位于DK04与SK04钻孔之间，核部东侧地层产状变得平缓，向东倾斜，倾向70°～90°、倾角20°～25°。在帷幕巷道东头向东钻进200 m，终孔后仍未见到石炭系地层，可见，背斜东翼地层产状极为平缓(图1)。

1.1 断裂构造

东西向帷幕段内主要断层为F35。F35断层位于矿区东部，错断一系列近东西向断裂，走向SN，倾向西，倾角87°，为最新一期构造，表现为受地震影响产生一条近SN向的地裂缝。前期帷幕试验中，SK-5、SK-4号钻孔分别在581、505 m标高处揭露破碎带，推测为F35断层，破碎带压水试验透水率分别为5.21Lu、3.14Lu。除此之外，试验段内勘探钻孔DK05在404.83～437.20 m、571.23～654.88 m处揭露了构造破碎带，破碎带厚度较大，压水试验透水率多在5～7Lu。

1.2 裂隙发育特征

(1)水平向特征，以试验段内DK05钻孔裂隙发育方向极不规则，各个方向发育程度不等。地层受核部挤揉碎，地层破碎，顺层和斜交小裂隙均十分发育，轴夹角多在30°～45°，延展通常在10～20 cm，裂隙面多为泥质、钙质或氧化薄膜充填，透水性极不均一，压水试验透水率最大达7.51Lu，局部小于0.5Lu。

(2)垂向特征，试验段内裂隙发育主要以顺层裂隙为主，在垂向变化趋势不明显。

图1 南部帷幕轴线水文地质勘察成果剖面图

2 水文地质特征

东西向帷幕线深部炭质白云岩完整性好，厚度稳定，隔水性好，其与石门坎背斜核部的弱透水层共同形成一个阻水带，将含水层分为上下两层[2]。

2.1 阻水带

在DK05钻孔及以东段，构成承压含水层顶板的炭质白云岩连续性好，厚度稳定；DK05钻孔以西段，位于背斜核部，由于石门坎背斜核部地层透水性呈现上强下弱的特征，深部地层透水性明显减弱。因此，由炭质白云岩及背斜核部的弱透水带共同形成一个阻水带阻挡下层地下水。此阻水带阻水性能良好，为设计注浆帷幕的幕底。

2.2 上部含水层

因受裂隙发育特征差异的影响，上部含水层的透水性、富水性表现为西部较强，向东减弱。DK06钻孔及以西地层透水性相对较强，但极不均一，在帷幕线西段，靠近背斜核部一带，DK04、DK05钻孔中分别在标高519.67～609.57 m和571.23～654.88 m揭露的构造破碎带，构成一个透水性、富水性相对较强的似透镜体状分布带，是区域地下水自南向北补给矿坑水的通道之一；DK06钻孔以东，地层产状平缓，受背斜构造影响较小，裂隙以顺层发育为主，透水性减弱，对地下水补给矿坑水具有一定的阻碍作用。

试验段富水性垂向分布有3个强带，具体分布情况如下：

上部强带：主要分布在820.0～730.40 m之间，岩性为白云岩，呈灰白色，厚度30～60 m，自西向东逐渐减小。单位透水率3.39～9.94Lu。

中部强带：主要分布在758.43～490.4 m之间，岩性为白云岩，呈灰黑色，厚度30～210 m，自西向东逐渐减小。单位透水率2.56～9.45Lu。

下部强带：主要分布在492.43～431.37 m之间，岩性为白云岩，呈灰色-灰黑色，厚度30 m，单位透水率1.32～1.77Lu，单位注浆量3.51～15.1 m3/m。

2.3 下部含水层

本次注浆试验段未揭露下部含水层，本含水层为承压含水层，含水层为石门坎东翼地层受构造作用顺层滑动，形成缓倾斜的层间裂隙带，层间裂隙带以上分布36～41 m厚度的炭质白云岩，完整性好，裂隙不发育，构成该承压含水层顶板，承压水顶板标高448.03～217.67 m，起伏较大，承压水头标高自西向东+1 038.72～+1 187.32 m。下层承压水头高于上层地下水位，水位差达到230～324 m，巨大的水位差说明承压含水层隔水顶板隔水性能良好。下部含水层不存在越流补给上部含水层的可能性。由此说明阻水带有很强的阻水能力，可作为帷幕注浆的幕底[3]。

3 南部帷幕设计参数

3.1 南部帷幕设计参数

(1)帷幕体上限：帷幕提上限为+850 m标高；(2)帷幕体下限：帷幕深度进入阻水带10 m，根据实际情况确定；(3)帷幕体厚度：幕体厚设计为10 m；(4)帷幕体透水率：1Lu。

3.2 帷幕钻孔的布置

南部帷幕注浆工程钻孔采用垂直孔+“鱼刺型”分支孔+“S”型分支孔组合形式布置；主孔孔深100 m以上，垂直孔与“鱼刺型”分支孔自上而下顺序施工；主孔孔深100 m以下，垂直孔与“S”分支孔先直孔后分支顺序施工；主孔孔深100 m以下，“鱼刺型”分支孔自上而下顺序施工；这样可最大程度地减少钻机硐室的开拓数量，增大施工过程中的安全保障，同时为矿山节约了投资规模。

3.3 注浆工艺及参数

(1)注浆材料及浆液配比，工程注浆浆液以改性黏土水泥浆为主，单液水泥浆为辅。水泥采用PO42.5普通硅酸盐水泥；黏土采用硫矿厂红黏土，储量可满足工程需要；硅酸钠要求密度不小于1.38 g/cm3，模数2.6～2.8之间。

(2)注浆段高，钻进中冲洗液全部漏失点为基础，若出现大量漏失情况及时进行注浆，注浆段高可在10～30 m范围内合理选择。冲洗液漏失不完全，注浆段高不超过50 m。平均30～50 m为一个注浆段。

(3)注浆压力选用2.5～3.0倍的静水压力。注浆结束流量小于50 L/min，持续30 min。阻水带段单位透水率小于1Lu。

4 黏土水泥浆适用性分析

表1取已完成试验段及西南段钻探注浆数据进行评价分析：

表1 南部注浆段注浆基本信息统计

4.1 叠加效应评价

由表1可见，南部注浆段区域Ⅰ序孔单位注浆量3.27～3.97 m3/m，Ⅱ序孔单位注浆量1.27～1.48 m3/m，注浆总量为Ⅰ序孔的38%左右；Ⅲ序孔单位注浆量为0.69～0.71 m3/m，单位注浆量为Ⅰ序孔的18%～21%；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔的单位透水率明显降低，Ⅱ、Ⅲ序孔相对Ⅰ序孔下降50%以上，说明Ⅰ序孔其浆液已经部分扩散至Ⅱ、Ⅲ序孔区域，浆液形成叠加效应，注浆效果比较理想。

4.2 注浆参数完成情况

据统计该区域各孔结束注浆压力11.6～14.4 MPa，达到了设计注浆压力2.5～3.0倍的静水压力标准，注浆结束后压水试验取得单段及全孔单位透水率0.05～0.15Lu，远小于注浆段注浆结束标准单位透水率小于1Lu的要求。

4.3 注浆成果检测情况

通过取芯孔对试验段取样，取芯注浆孔中多次发现浆液结石，说明浆液凝结效果较好，与水文地质编录比较，浆液结石多发现于破碎地层，说明地层连通性好，注浆过程中浆液的扩散比较好，达到了设计要求的扩散半径。

试验段利用井间高密度电阻率成像法进行幕体连续性的检测，反演电阻率值达到500～1 500 Ω·m，属中等电阻率特征，而注浆前该段物探结果显示属于低电阻率区域，电阻率差异变化表明注浆段整体注浆成效明显。

5 结论

矿区东南部帷幕层位以白云岩为主，地层较缓，裂隙以顺层裂隙为主，没有大型的岩溶构造通道，矿区采用垂直孔+“鱼刺型”分支孔+“S”型分支孔组合形式增大了裂隙揭露率，增加注浆效果；黏土水泥浆在实际应用中各孔均可达到设计的扩散半径，注浆结束标准，取芯验证浆液凝结性较好达到设计强度，物探验证验证注浆段整体视电阻率提高，起到了隔水帷幕的作用，故黏土水泥浆在矿区南部白云岩地区有较好的注浆效果和适用性。