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深孔帷幕灌浆技术参数研究

唐平  
【摘要】: 矿区地下水治理是开采深埋矿体的关键和难点所在,与传统的地表疏干排水方法相比,帷幕灌浆堵水防渗技术既能较好的保护地下水资源和水环境,又能大幅度降低工程造价,使矿山做到安全、经济和环保开采。故随着我国矿产资源开采步伐的不断加快,帷幕灌浆技术在深部矿山堵水防渗中的应用也越来越多。 灌浆技术参数是帷幕灌浆技术的核心,是防渗帷幕能否发挥其堵水防渗作用的关键。理想的帷幕灌浆参数既可使地下防渗幕墙满足防渗要求,又能节省工程造价、保护水资源和水环境。因此,从质量安全、工程经济的角度,确定合适的、合理的灌浆参数对深部矿山堵水防渗工程而言具有十分显著的现实意义,而研究灌浆参数的确定、验证及优化方法对深孔帷幕灌浆技术的发展则具有非常重要的理论价值。 本文以在建的“亚洲第一帷幕”中关铁矿帷幕灌浆工程为例,选取灌浆压力和扩散半径两个主控参数为研究对象,以中关铁矿灌浆试验为基础,结合理论计算、经验计算和数值模拟结果,对深孔帷幕灌浆参数的确定、验证及优化方法进行了研究。 在对帷幕灌浆的发展及现状进行了回顾之后,本文总结、分析了灌浆参数在理论、试验和数值模拟等方面的研究现状与存在的不足,由此创造性提出确定深孔帷幕灌浆最优参数的“1+3综合法”,并拟从灌浆试验、理论计算、经验计算和数值模拟四个方面对灌浆压力和扩散半径(孔距)等主控参数的确定、验证和优化进行较深入的分析与研究。根据上述研究思路,本文接着对灌浆压力的组成、计算和选择标准等进行了讨论和分析,对浆液扩散半径的确定标准、理论和经验计算公式进行较深入分析和研究,并得到改进后的扩展隆巴迪公式。接着,以中关铁矿两次帷幕灌浆试验为研究主体,对灌浆试验效果及两个主控参数值进行了研究。在灌浆效果分析之后,对灌浆经验压力、控制压力、设计压力和实际压力等进行了详细讨论、分析,得出了深孔帷幕灌浆压力值的确定方法与思路;并据灌浆效果得出两次灌浆试验的浆液扩散半径值(灌浆孔距)仍偏于保守的结论。介于此,本文利用(扩展)隆巴迪公式、经验公式对两次灌浆所得的灌浆压力和扩散半径值进行了验证,并综合考虑、分析试验值与验证值,最终得出了浆液扩散半径(孔距)的优化建议值。并运用数值模拟方法对灌浆试验过程的灌浆压力和浆液扩散情况进行了模拟,对灌浆试验结果进行了补充验证。 本文最终达到了两个预期研究目的:第一,给出了中关铁矿帷幕灌浆工程的灌浆主控参数优化值(灌浆压力与扩散半径)建议取值范围;第二,证实了采用“1+3综合法”来确定、验证及优化灌浆压力、扩散半径等深孔帷幕灌浆参数是可行的。


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