帷幕注浆效果检查方法研究

帷幕注浆效果检查方法研究
唐英杰
（华北有色工程勘察院有限公司河北石家庄050021）
0 前言
大水矿山采用传统的疏干排水方式治理地下水，不仅破坏区域地下水资源和生态环境，而且排水费用较高。

为了保护地下水资源和生态环境，现部分大水矿山采用帷幕注浆技术进行堵水，减少大量的无效排水，降低开采费用，既保护环境又可以提高经济效益。

由于帷幕注浆工程具有典型的隐蔽工程特点，帷幕注浆施工完成后，注浆质量好坏，防渗效果如何，均无法直接地评定，因此，帷幕注浆工程施工质量检查一直是人们研究关注的热点。

中关铁矿位于河北省沙河市，总储量约1亿吨，为实现合理开采矿产资源，有效保护区域水资源，矿山治水采用帷幕注浆方案进行阻水；帷幕线全长3397m，采用单排注浆，孔距12米，注浆孔共270个，最大孔深810米总钻探进尺197000m，通过注浆，形成帷幕墙，设计帷幕厚度12m，以阻止石灰岩含水层地下水全部进入矿坑。

1 矿区地质及水文地质条件
矿区为一大型隐伏型矽卡岩磁铁矿，矿床的顶板和围岩为奥陶系中统石灰岩，石灰岩的裂隙岩溶发育，是矿区主要含水层。

矿区西部为太行隆起带，东接华北沉降带，区内主要发育有北北东及北东向断裂构造，且以北北东向断裂构造为主。

褶皱构造规模较小，岩层产状与构造方向一致，倾向东南，倾角15-30゜。

主要分布地层有：
1. 第四系：粘土砾石层，该层砾石以石英砂岩为主，硬度较大，磨圆度较好，分选性差，砾径大者可达50cm，小者仅有几公分；粘土以粉质粘土为主，充填在砾石中间，平均厚度40m。

2. 石炭-二迭系：岩性主要以砂、页岩为主，厚度变化较大，最大厚度70.0m，平均厚度24.2m。

3. 中奥陶系：岩性以石灰岩、结晶灰岩和大理岩为主夹有泥质灰岩，厚度22
4.1-589.0m，平均厚度416.17m。

4. 燕山期闪长岩：闪长岩是本区的基底，块状，主要矿石成分有角闪石、正长石等。

矿区主要含水层为中奥陶系石灰岩，石灰岩裂隙岩溶发育，平均裂隙率7‰，岩溶裂隙发育极不均一，最大的溶洞可达9.0m。

2 注浆效果检查
注浆效果检查分三步进行：注浆段注浆效果检查、注浆孔注浆效果检查、注浆帷幕检测（注浆孔之间检查），从点、线、面全方位检查帷幕注浆效果。

注浆段注浆效果检查，在注浆段注浆结束后，根据扫孔时观测冲洗液消耗量计算注浆段单位透水率。

如果注浆段透水率q小于设计单位透水率，本段注浆效果良好；如果注浆段透视率大于设计单位透水率时，要进行压水试验，重新进行注浆。

注浆孔全孔注浆效果检查，在注浆孔完成最后一段注浆后，扫孔到底进行全孔压水试验。

全孔的单位透水率达到设计要求，全孔注浆合格；否则查找漏浆位置后重新注浆，直至达到注浆设计标准。

注浆帷幕检查，是采用物探方法检查注浆孔间的注浆效果，经过试验选用井间高密度电阻率成像法对注浆效果进行检查。

经过所测电阻率值结合各注浆孔地层资料、单位透水率和注浆量，评价帷幕的连续性和稳定性。

前两种点、线检查方法在帷幕注浆工程中进行，数据直观，便于分析，但是这两种方法只是针对一个钻孔的注浆效果进行分析，而对钻孔中间地层注浆效果不能做出准确判断。

采用物探方法检查是在帷幕注浆工程结束后对注浆效果进行检查，将帷幕线上的注浆孔联系起来，通过物性分析达到对注浆效果进行全面评价的目的。

3 井间高密度电法原理
根据矿区地质及水文地质条件，完整灰岩和混凝土（水泥结石）有高电阻率待征，含水的裂隙发育区为低电阻异常体，具备开展电阻率法的地球物理条件，提出了采用井间高密度电阻率检测的方案，对帷幕注浆的整体性评价。

井间高密度电阻率法属于直流电法，是高密度电阻率法一种新的应用，地下岩石的电阻率除了与此岩石的特性有关外还与此岩石的含水量有很大的关系，特别是在石灰岩地区由于地下水矿化度相对较高，一般来说岩石中的孔隙越大，含水量多，则这种岩石的电阻率就低，反之则电阻率就高。

由于岩石的这种特性，所以在查找与水有关的地质构造时电法勘探的效果较好。

传统的高密度电阻率法主要应用在陆地表面，通过布在地面的电极测量电压和电流，间接测出地层的电阻率，推断地层的地质情况，探测深度一般为50~100米，地面电阻率方法在地下采空区、过水通道、岩溶裂隙等的检测方面都取得过非常好的效果，但是对于帷幕注浆效果的检测，地面的探测深度远远达不到设计要求。

井间高密度电阻率成像法改变电极的供电和接收方式，采用井中供电和接收的跨孔方法进行检测，以达到帷幕注浆效果检测的目的。

将两根带有电极的电缆放到两个钻孔中，进行跨孔供电，跨孔测电位差。

检测过程中固定A、B、M 点电极，其他电极同步测量一系列的N电极电位数据，然后移动M电极，对N电极再做如上观测，然后移动B电极再做如上观测，最后移动A电极，再做如上观测，测量过程中每一对电极都可以任意组合作为AB供电电极和MN接收电极。

采用这种供电和接收方式极大地提高数据的采集量，每对测量段可以得到5万组以上的数据，丰富了孔间的信息资料，可以很清晰反映出两钻孔间的电阻率分布情况。

把所测量的数据进行反演，采用有限元模拟，反复与大量实测数据对比，多次迭代，反演出两钻孔井间的电阻率断面图像。

图1数据采集示意图
4 应用实例
以K230-W701钻孔为例进行注浆效果分析，两钻孔孔距60m ，两钻孔间已完成W8、W704、W703、W702四个注浆钻孔，孔距均为12m ，测量电极距6m ，每个钻孔32个电极，K230测量深度84- 270m ，W701测量深度120-306m ，所测反演结果如图2所示。

图2 K230-W701反演电阻率剖面图
结合测试得到的孔间电阻率剖面图和钻孔编录资料、注浆资料、压水试验资料对地层电阻率背景值和一序孔的注浆效果进行综合分析。

根据电阻率分布特点分4段进行分析：
第一段125-170m，本段地层以石灰岩、结晶灰岩为主，岩芯完整，局部岩芯破碎，本段为非注浆段，测试反演电阻率值6000-10000Ω•m，可以表示为本次测试完整石灰岩电阻率背景值。

第二段170-225m，本段地层以石灰岩、结晶灰岩为主，岩芯较完整，见水蚀现象，局部岩芯破碎，裂隙、溶孔发育，泥质充填，三序孔平均透水率0.55Lu，平均单位注浆量215Kg/m，一序孔平均单位注浆量479.5Kg/m，电阻率值在2000-3500Ω•m，，电阻率分布较为连续，两钻孔之间没有发现大的过水通道和透水带，注浆效果良好，达到设计要求。

第三段225-260m，本段地层以蚀变灰岩、泥质灰岩为主，部分地层夹有石灰岩和结晶灰岩，饰变灰岩岩芯较破碎，部分手可捏碎，泥质灰岩岩芯较完整，水蚀现象发育，多呈蜂窝状，钙质、泥质半充填，连通性差，裂隙溶孔微发育。

三序孔平均透水率0.11Lu，平均单位注浆量98.8Kg/m，一序孔平均单位注浆量282.74Kg/m，电阻率值小于1000Ω•m，分布连续，电阻率值低是由于地层岩性原因引起的，与地层透水率没有关系，而且两钻孔之间没有发现大的过水通道和透水带，注浆效果良好，达到设计要求。

第四段260-300m，本段地层为石灰岩地层，岩芯较完整，致密坚硬，局部见水蚀现象，溶孔裂隙发育，方解石、泥质充填，透水性较差。

三序孔平均透水率0.13Lu，平均单位注浆量47.64Kg/m，一序孔平均单位注浆量58.47Kg/m。

电阻率值2500-8000Ω•m，由于K230钻孔最深电极位于270m处，在这个位置采集数据量较少，因此在反演过程中使靠近K230钻孔附近电阻率偏低，但仍能达到2500Ω•m，可以近似看作电阻率分布较为连续，两钻孔之间没有发现大的过水通道和透水带，注浆效果良好，达到设计要求。

对K230-W701钻孔帷幕注浆效果分析统计表见表1。

表1 K230-W701注浆效果综合分析表
5 结语
1. 对帷幕注浆效果采取点、线、面的全方位检查，使检查工作逐步深入，对注浆效果的检查非常有效。

2. 采用跨孔高密度电阻率成像法能够对注浆效果做出连续性评价，并对施工工程做出合理化建议，该方法可以在以后的帷幕注浆效果检测中加以推广。

3. 高密度电阻率法进行帷幕注浆效果检测还处于起步阶段，还有很多需要改进的地方，比如电极距的最佳间距，跨孔宽度，对于注浆效果的解释目前还处于定性阶段，还不能达到定量解释的目的，这些问题还要在以后的工作中继续研究。

参考文献：
［1］葛为中，电阻率法新理念，《中国地球物理》，208—209页，四川科学技术出版社，2006，10
［2］Jingping Zhe，et al，Multichannel, full waveform and flexible electrode combination resistivity-imaging system, ：Geophysics，72, F57-F64，2007。