歐陽(yáng)仕元

(深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅, 廣東韶關(guān) 512325)

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礦井堵水帷幕工程質(zhì)量及效果監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)

歐陽(yáng)仕元

(深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅, 廣東韶關(guān) 512325)

凡口鉛鋅礦礦井堵水帷幕屬隱蔽工程，對(duì)工程質(zhì)量和效果的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，綜合運(yùn)用了工程探查、物理測(cè)試、數(shù)理分析及模糊評(píng)判等多種技術(shù)方法。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，帷幕工程質(zhì)量?jī)?yōu)良，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效果顯著。

堵水帷幕;透水率;堵水率;檢查孔;動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè);模糊評(píng)判

凡口鉛鋅礦修建的1.698 km礦井堵水帷幕，是以修復(fù)和保護(hù)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境、確保淺部數(shù)百萬(wàn)噸呆滯礦量的安全開采為目的。帷幕屬地下隱蔽工程，工程質(zhì)量?jī)?yōu)劣和效果好壞，直接景響到井下的安全生產(chǎn)，因此，需綜合運(yùn)用多種技術(shù)方法進(jìn)行檢測(cè)。運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、注漿材料取樣檢定、施工鉆孔探查、物探對(duì)比測(cè)試、結(jié)石體抗壓和滲透試驗(yàn)及模糊綜合評(píng)價(jià)等技術(shù)方法，對(duì)帷幕工程質(zhì)量及效果進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，切合帷幕施工和運(yùn)行實(shí)際，評(píng)價(jià)結(jié)果真實(shí)、準(zhǔn)確、可靠。

1 監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法及監(jiān)測(cè)工作量

1.1 監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法

(1)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析。統(tǒng)計(jì)分析水文地質(zhì)資料、各孔注漿量、透水率、材料消耗、地下水位、礦坑涌水量等資料，評(píng)價(jià)幕址選擇合理性和帷幕肩界底界的可靠性，判斷設(shè)計(jì)參數(shù)、注漿材料、注漿技術(shù)工藝及施工過程中注漿控制的合理性，判斷帷幕注漿質(zhì)量和堵水效果。

(2)施工檢查孔探查。在帷幕軸線上或兩側(cè)施工探查鉆孔，檢查注漿漿液在孔間的交聯(lián)狀態(tài)，判斷漿液的擴(kuò)散半徑和帷幕斷面上是否存在未充填的透水裂隙、溶洞，以及充填的緊密程度。并通過抽芯取樣進(jìn)行試驗(yàn)，掌握結(jié)石體的力學(xué)性能和抗?jié)B性能。

(3)物探探測(cè)。采用地面五極縱軸激電測(cè)深法探測(cè)及補(bǔ)探，利用層析成像技術(shù)勾畫出探測(cè)剖面上大的巖溶裂隙具體位置及規(guī)模，檢測(cè)該范圍內(nèi)漿液充填質(zhì)量和效果。

(4)涌水量與地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。用地下水動(dòng)力學(xué)法或涌水量曲線方程法預(yù)測(cè)礦坑涌水量，并與實(shí)際涌水量對(duì)比分析，判定帷幕堵水率。利用幕內(nèi)外水位觀測(cè)孔水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料，分析地下水位降落漏斗擴(kuò)展情況及地面巖溶塌陷影響范圍、頻率和塌陷數(shù)量。

(5)結(jié)石體物理力學(xué)性能測(cè)試。通過檢查孔和注漿孔采取的結(jié)石體進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和滲透性等物理力學(xué)性能測(cè)試，判斷幕體強(qiáng)度及帷幕運(yùn)行長(zhǎng)期安全性。

(6)模糊綜合評(píng)判。影響工程質(zhì)量的因素作用具有模糊性。用模糊數(shù)學(xué)方法略去這些因素的具體作用過程，根據(jù)已有的和隨機(jī)出現(xiàn)的參數(shù)確定與之關(guān)聯(lián)的關(guān)系式，進(jìn)行綜合計(jì)算，判定工程質(zhì)量。

1.2 監(jiān)測(cè)工作量

(1)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。地下水動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)歷時(shí)2年。46個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)鉆孔，每天監(jiān)測(cè)1次，取得地下水位數(shù)據(jù)16560組；井下設(shè)置了3個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，每天監(jiān)測(cè)1次，取得流量數(shù)據(jù)10950組，并與帷幕施工前的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

(2)壓水試驗(yàn)。在帷幕軸線施工檢查鉆孔22個(gè)，壓水試驗(yàn)段次177段；注漿孔分段壓水試驗(yàn)2254段次；取得透水率數(shù)據(jù)2431組。

(3)結(jié)石體取樣分析。對(duì)黏土和水泥、水玻璃材料取樣，分別選取5組送檢分析；結(jié)石體樣分黏土漿、尾砂漿、18組送檢分析，取得滲透性、強(qiáng)度指標(biāo)數(shù)據(jù)。

(4)注漿參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析。分析鉆孔施工各段次注漿結(jié)束及整孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，以及各序次孔注漿量統(tǒng)計(jì)共256孔。

(5)物探測(cè)試。用地面五極縱軸電測(cè)深和地面五極縱軸激電測(cè)深兩種方法各布置探測(cè)剖面，按4m點(diǎn)距布置測(cè)點(diǎn)。各個(gè)剖面線延長(zhǎng)3-5個(gè)點(diǎn)，另外布置了108個(gè)加密點(diǎn)和47個(gè)檢查點(diǎn)，實(shí)際監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)1337個(gè)。

2 帷幕工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)

2.1 工藝技術(shù)合理性

針對(duì)幕址布置的合理性、帷幕設(shè)計(jì)參數(shù)合理性(含幕深、幕厚、堵水率、透水率、擴(kuò)散半徑等)、鉆孔布置準(zhǔn)確性、注漿施工技術(shù)工藝合理性(含分段高度、注漿序次、注漿壓力、注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)、漿液可灌性指標(biāo)、壓水試驗(yàn)方式、漿液制備、注漿設(shè)備，以及特殊灌注工藝——土層與基巖接觸面處理、串漿冒漿處理、溶洞暗河充填灌注等)的判定結(jié)果表明，帷幕注漿截流工程施工技術(shù)工藝均滿足各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，工程的施工過程及質(zhì)量控制是可靠的。

2.2 各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)評(píng)價(jià)

2.2.1 灌注材料

因場(chǎng)地水文地質(zhì)條件復(fù)雜，巖層溶洞發(fā)育(平均巖溶率為4.44%，鉆孔揭露溶洞總數(shù)達(dá)1348個(gè)，大于1m的溶洞790個(gè))，所以帷幕注漿工藝技術(shù)要求較高。施工過程中，技術(shù)參數(shù)、施工工藝和灌注材料根據(jù)情況隨時(shí)調(diào)整。采用改性黏土漿、改性黏土雙液漿、水泥尾砂漿、改性尾砂雙液漿，泡沫尾砂漿等多種漿液類型，并進(jìn)行交替灌注，確保了灌漿質(zhì)量。

2.2.2 漿液擴(kuò)散半徑

注漿擴(kuò)散半徑以各孔吸漿量降序比、各序孔透水率變化及檢查孔進(jìn)行判斷。

I序、II序、III序注漿孔間距為8-10m，兩個(gè)I序孔之間最小間距為32m，施工順序是：先施工I序孔，再施工II序孔，然后施工III序孔(圖1)。

圖1 帷幕軸線注漿鉆孔分序布置

單位注漿量分序統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1、圖2)表明，相同地質(zhì)條件下，I序、II序、III序鉆孔單位吸漿量的遞減率大于50%。當(dāng)I序孔施工結(jié)束后，施工與I序孔相距16 m的II序孔時(shí)，單位吸漿量減少一半，施工III序孔時(shí)，單位吸漿量又比II序孔減少了一半。由此可見，后施工鉆孔單位注漿量呈現(xiàn)明顯的遞減趨勢(shì)。盡管鉆孔間距超過8 m，但在高壓作用下，漿液對(duì)周邊的巖溶裂隙進(jìn)行了有效充填，漿液擴(kuò)散遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了5 m的設(shè)計(jì)值。

注漿前鉆孔分段壓水透水率分序統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表2、圖3)表明，在地質(zhì)條件相同下，I序、II序、III序鉆孔單位透水率的遞減率大于45%。即當(dāng)I序孔施工結(jié)束后，施工與I序孔相距16 m的II序孔時(shí)，單位透水率減少了近一半，施工III序孔時(shí)，單位透水率又比II序孔減少了近一半。由此可見，后施工鉆孔單位透水率呈現(xiàn)明顯的遞減趨勢(shì)。說(shuō)明前期施工鉆孔漿液對(duì)周邊的溶洞裂隙進(jìn)行了有效充填，漿液的擴(kuò)散半徑超過了5 m的設(shè)計(jì)值。

檢查孔主要布置在巖溶裂隙發(fā)育，或分析可能存在問題的鉆孔附近。布置在軸線中的兩孔之間，距離大于4 m。通過做分段壓水試驗(yàn)和取芯，檢查漿液的有效擴(kuò)散距離。施工22個(gè)檢查孔，共進(jìn)行壓水試驗(yàn)177次，其中單位透水率小于5Lu的有167次，占94.0%；單位透水率大于5Lu的僅有10次，占6.0%。壓水試驗(yàn)成果也表明，漿液有效地對(duì)溶洞、裂隙進(jìn)行了有效充填，漿液擴(kuò)散范圍大于5 m的設(shè)計(jì)值。

表1 單位注漿量分序統(tǒng)計(jì)

檢查孔與相鄰注漿孔壓水試驗(yàn)成果對(duì)比表明，檢查孔較相鄰的注漿鉆孔在注漿前的加權(quán)平均透水率呈幾何倍數(shù)遞減，遞減最大倍數(shù)28倍，最小1.9倍，一般2-8倍。說(shuō)明漿液在巖溶裂隙充填交聯(lián)較好，達(dá)到了漿液擴(kuò)散預(yù)期效果。

圖2 單位注漿量分序統(tǒng)計(jì)柱狀圖

表2 注漿前鉆孔透水率分序統(tǒng)計(jì)

圖3 注漿前鉆孔透水率分序統(tǒng)計(jì)柱狀圖

2.2.3 灌注各段次透水率

對(duì)施工的注漿孔分I序、II序、III序按10%抽查22個(gè)孔(加密孔未抽查)，對(duì)各段次注漿結(jié)束后的透水率值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表3)，透水率2-6Lu的僅占27段次，占總段次的12%，平均透水率值均≤2Lu。經(jīng)所有鉆孔(含I、II、III序孔和加密孔)各段次注漿后透水率統(tǒng)計(jì)，在2-6Lu的所占百分比11.55%，平均透水率≤2Lu。2-6Lu的所占百分比均小于15%的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。同時(shí)也滿足水利水電大壩技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的透水率≤6Lu的要求。

2.2.4 漿液結(jié)石體檢測(cè)

2.2.4.1 漿液結(jié)石體強(qiáng)度

檢查孔和注漿孔抽取了大量水泥黏土漿及水泥尾砂漿結(jié)石體(圖4)，采取的巖心中多處裂隙面存在水泥黏土薄層，表明漿液地對(duì)溶洞、裂隙進(jìn)行了有效充填。結(jié)石體試樣進(jìn)行天然單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果表明(表4)，水泥黏土漿結(jié)石體強(qiáng)度大于4MPa，水泥尾砂漿結(jié)石體強(qiáng)度達(dá)到10MPa以上。兩種漿液結(jié)石體完全滿足帷幕外側(cè)高水頭壓力的要求。

表3 抽查注漿孔各注漿段透水率統(tǒng)計(jì)

圖4 鉆孔取出漿液結(jié)石體

2.2.4.2 結(jié)石體滲透系數(shù)

在II、III序孔施工過程中共有85孔223段次采集到了漿液結(jié)石體。選取符合試驗(yàn)要求的水泥黏土和水泥尾砂漿結(jié)石體，做強(qiáng)度試驗(yàn)和滲透試驗(yàn)(表5)。結(jié)果表明，水泥黏土漿經(jīng)高壓擠密后，隔水性能更強(qiáng)，滲透系數(shù)在10-8的數(shù)量級(jí)，水泥尾砂漿由于濃度較高，為便于遠(yuǎn)距離輸送，加入了一定量的空氣泡沫，通過高壓擠密后，產(chǎn)生消泡現(xiàn)象，仍有部分殘留，形成微細(xì)孔洞，抗?jié)B能力比黏土漿液結(jié)石體稍差，但仍能達(dá)到10-4的數(shù)量級(jí)要求。因此，不論是黏土漿液還是水泥尾砂漿液結(jié)石體，其抗?jié)B能力均滿足帷幕工程技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，確保了帷幕的防滲能力。

表4 漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

表5 注漿結(jié)石體滲透系數(shù)檢測(cè)值

2.3 帷幕整體質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.3.1 帷幕透水率

設(shè)計(jì)帷幕整體堵水率為60.7%，要求整體帷幕透水率為≤5Lu。礦山帷幕北部邊界未封閉，存在進(jìn)水通道，屬局部帷幕，是否達(dá)到上述指標(biāo)要求可以通過繪制各序次鉆孔單位透水率頻率累積曲線來(lái)判定(圖5)。在單位透水率較小的區(qū)間內(nèi)，單位透水率頻率隨注漿次序的增加而增大，在單位透水率較大的區(qū)間內(nèi)，單位透水率的頻率隨著注漿序次的增加而減小。反映出漿液沿帷幕軸線方向有效擴(kuò)散和帷幕注漿整體效果。帷幕建成后，經(jīng)過2個(gè)水文年度的運(yùn)行檢驗(yàn)，堵水率達(dá)到75%，超過了設(shè)計(jì)指標(biāo)。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，I序、II序、III序注漿孔及加密孔進(jìn)行了1836段次壓水試驗(yàn)，各段次注漿后的透水率≤5 Lu的有1821段次，透水率≥ 5 Lu的僅有15段次，≥ 5 Lu的段次僅占0.8%的比率，≤5 Lu的 99.2%比率。14個(gè)檢查孔壓水試驗(yàn)各段次透水率≤2 Lu，遠(yuǎn)遠(yuǎn)底于5 Lu的指標(biāo)，≥2 Lu的值為0。由此可見，整體帷幕透水率≤5 Lu。

2.3.2 物探檢測(cè)對(duì)比

物探檢測(cè)帷幕施工段注漿前后的物性差異，通過物性參數(shù)曲線形態(tài)改變來(lái)對(duì)比分析注漿效果。注漿后的物探異常大幅度減少和消失，或者物性參數(shù)曲線由原來(lái)的陡峭變成了平緩，說(shuō)明注漿效果良好。在帷幕軸線上進(jìn)行注漿前后物探對(duì)比檢測(cè)，綜合分析視電阻率和視極化率等值線圖，視電阻率等值線由原來(lái)的比較陡峭變成較平緩，視電阻率值提高，異常區(qū)域變小，大部分巖溶裂隙已充填密實(shí)。注漿前各段物探監(jiān)測(cè)結(jié)果與注漿鉆孔實(shí)際揭露的巖溶裂隙位置吻合情況統(tǒng)計(jì)或注漿成果統(tǒng)計(jì)，第一段準(zhǔn)確率為70%，第二段準(zhǔn)確率100%，第三段準(zhǔn)確率71.11%，第四段準(zhǔn)確率73.97%，第五段準(zhǔn)確率92.68%，平均物探探測(cè)準(zhǔn)確率88.88%，說(shuō)明物探監(jiān)測(cè)效果良好。

圖5 單位透水率累積曲線

2.3.3 注漿孔的注漿量對(duì)比

帷幕注漿采用三序孔施工局部加密的方式。隨著序次的增加，單位注漿量大幅遞減(圖6)。I序孔平均單位注漿量為13.158 m3/m，II序孔平均單位注漿量為5.701 m3/m，III序孔平均單位注漿量為3.421 m3/m，加密孔平均單位注漿量為1.328 m3/m。后序施工的鉆孔的注漿量較前序施工的鉆孔的注漿量明顯減小。鉆孔平均注漿量遞減明顯，表明布孔孔距合理，漿液沿帷幕線方向有效擴(kuò)散，前后施工鉆孔注漿體搭接良好，注漿效果明顯。

圖6 各序孔注漿量直方圖

各序次注漿孔的單位注漿量累計(jì)頻率曲線分序次也呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性。在單位注漿量較小的區(qū)間范圍內(nèi)，各序次鉆孔的單位注漿量的頻率隨著注漿次序的增加而增加；而在單位注漿量大的區(qū)間范圍，各序次鉆孔注漿的單位注漿量的頻率則隨著注漿序次的增加而明顯減??；各序次注漿孔的單位注漿量累積頻率曲線隨灌漿序次的增加而顯著增加，說(shuō)明帷幕分序注漿效果明顯，注漿質(zhì)量較好。

將鉆孔單位注漿量與壓水單位透水率繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖(圖7)上。這些點(diǎn)在右上角大致以43°的傾角呈帶狀分布，未出現(xiàn)單位透水率大而單位注漿量小的不正常關(guān)系。鉆孔單位注漿量(W)與壓水單位透水率(A)之間的關(guān)系回歸分析用近似公式表示：

Lg(W)= 0.9152Lg(A)-0.2235(A值單位為L(zhǎng)u)。

圖7 單位注漿量與單位透水率的相關(guān)關(guān)系

其相關(guān)系數(shù)為R2=0.5297。參與統(tǒng)計(jì)的壓水段數(shù)為56段，即自由度為54。根據(jù)相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)表檢驗(yàn)，R2﹥0.4433，即R2在信度α=0.001的水平上顯著。說(shuō)明帷幕注漿施工是很正常的，注漿質(zhì)量較好。

2.3.4 水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

帷幕線周邊水文觀測(cè)成果繪制等水位線圖顯示，通過帷幕注漿，礦區(qū)進(jìn)水通道明顯減小，帷幕線外整體水位已經(jīng)上升到了90m標(biāo)高以上，超過設(shè)計(jì)要求85m，疏干中心至帷幕外側(cè)水位差達(dá)到了110m以上，疏干降落漏斗明顯回縮。

帷幕線內(nèi)外鉆孔水位進(jìn)行對(duì)比(表6)可以看出：帷幕內(nèi)側(cè)水位呈下降趨勢(shì)，并基本保持穩(wěn)定，下降幅度較大的是疏干中心的CK29號(hào)孔，水位下降了9.13m，說(shuō)明巖溶裂隙通道基本封堵，越過帷幕補(bǔ)給的水量不足；帷幕外側(cè)水位隨著帷幕注漿施工呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，其中216/FK2上幅度最大，上升了41.38m；214/FK3孔位于項(xiàng)目立項(xiàng)前已施工的前三段帷幕地段，水位已上升至90m以上，從2010年繼續(xù)保持已上升的水位。帷幕內(nèi)外水位差增大明顯，并保持穩(wěn)定，證明帷幕在質(zhì)量可靠，攔截地下水徑流效果顯著。

表6 帷幕線內(nèi)外觀測(cè)孔水位變化情況

2.3.5 涌水量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

帷幕與礦區(qū)西隔水邊界相接，北部達(dá)到東北部高水位區(qū)，止水深度達(dá)到礦區(qū)中部存在的金星嶺背斜——曲塘隱伏背斜相對(duì)隔水體，組成了封底式防滲局部帷幕，有效攔截了東南方向地下水向礦坑充水徑流。1998年1月—2015年9月礦井-40m中段排水量及1998年1月—2013年10月降雨量與排水量關(guān)系曲線分析可知，與帷幕工程實(shí)施前10年平均排水量比較，注漿帷幕在2008—2013年6月堵水率較低，原因是2012年10月帷幕第四段剛剛完工，帷幕東段尚未施工，礦區(qū)還未形成完整帷幕。從2013年7月開始，注漿帷幕的堵水率逐漸上升，最小達(dá)到59%，最大達(dá)到79%。由于注漿帷幕的完工，對(duì)地下裂隙、溶洞等的堵塞，改變了地下地層的連通性，在地下形成了近似“地下大壩”的帷幕，對(duì)地下水的涌入起到了阻隔作用。由此可見，只有注漿帷幕質(zhì)量有保障才有明顯的截流效果。

2.3.6 工程質(zhì)量模糊綜合評(píng)判

2.3.6.1 模糊綜合評(píng)價(jià)步驟

(1)建立影響因素集合為U={u1, u1,..., um}，抉擇評(píng)語(yǔ)集合V={V1,V1,...,Vm}。

(2)按影響因素的相對(duì)重要性，依次確定影響因素的權(quán)重向量A。

(3)根據(jù)實(shí)際情況建立隸屬函數(shù)，確定隸屬度公式。

(4)根據(jù)目標(biāo)影響因素建立模糊評(píng)判矩陣R。

(5)根據(jù)多因素下的權(quán)值分配確立模糊綜合評(píng)判模型，進(jìn)行模糊綜合評(píng)判:

B=A·R={b1,b2,…,bn}

bj=(a1?r1j)*(a2?r2j)*…*(am?rmj),(j=1,2,…n)

B為抉擇評(píng)語(yǔ)集V上的等級(jí)模糊子集，bj(j=1,2,…,n)為等級(jí)對(duì)vj綜合評(píng)判所得等級(jí)模糊子集B的隸屬度。

2.3.6.2選擇評(píng)價(jià)因子

(1)資料的完整性。資料的完整程度分3個(gè)等到級(jí)——Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)。

資料種類：

①所用材料、半成品和成品質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果。

②材料配比、拌和加工控制檢驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

③隱蔽工程施工記錄。

④各項(xiàng)質(zhì)量控制指標(biāo)的試驗(yàn)記錄和質(zhì)量檢驗(yàn)匯總圖表。

⑤施工過程中遇到的非正常情況記錄及其對(duì)工程質(zhì)量影響分析。

⑥施工中如發(fā)生質(zhì)量事故，經(jīng)處理補(bǔ)救后，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的認(rèn)可證明文件等。

上述①-⑥項(xiàng)完整者為Ⅰ級(jí)；①-②項(xiàng)不完整者為Ⅱ級(jí)；缺項(xiàng)或3項(xiàng)及以上資料不全者劃為Ⅲ級(jí)。

(2)帷幕設(shè)計(jì)參數(shù)。①帷幕軸線；②帷幕型式；③帷幕厚度；④擴(kuò)散半徑；⑤鉆孔間距。

上述①-⑤項(xiàng)符合設(shè)計(jì)要求者為Ⅰ級(jí)；1項(xiàng)及以上不符合設(shè)計(jì)要求者為Ⅱ級(jí)。

(3)注漿施工。單孔質(zhì)量：①鉆孔質(zhì)量；②注漿材料、配比及濃度變換；③注漿壓力；④結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

上述①-④項(xiàng)符合設(shè)計(jì)要求者為Ⅰ級(jí)；1項(xiàng)及以上不符合設(shè)計(jì)要求者為Ⅱ級(jí)。

整體質(zhì)量：90%鉆孔質(zhì)量為Ⅰ級(jí)者，評(píng)為合格，否則不合格。

(4)壓水成果。①透水率≤3lu為I級(jí)；②透水率3-5lu為Ⅱ級(jí)；③透水率>5lu為Ⅲ級(jí)。90%以上的壓水段為I級(jí)者為優(yōu)良；80%壓水段為I級(jí)者，或90%以上壓水段為Ⅱ級(jí)或以上者為合格，否則不合格。

(5)結(jié)石體指標(biāo)。①結(jié)石體抗壓強(qiáng)度≥10MPa為Ⅰ級(jí)、否則為Ⅱ級(jí)；②滲透系數(shù)≤10-7m/d為Ⅰ級(jí)，否則為Ⅱ級(jí)。90%結(jié)石體為Ⅰ級(jí)者判為合格，否則不合格。

(6)物探檢測(cè)成果。①無(wú)大的斷層、破碎帶未被充填為Ⅰ級(jí)；否則為Ⅱ級(jí)。②無(wú)大的溶洞、或主徑流帶未被充填密實(shí)者為Ⅰ級(jí)；否則為Ⅱ級(jí)。

上述兩項(xiàng)均為Ⅰ級(jí)者定為Ⅰ級(jí)，否則定為Ⅱ級(jí)。

(7)井下抽排水成果。

①堵水率達(dá)到設(shè)計(jì)要求者定為Ⅰ級(jí)，否則定為Ⅱ級(jí)。

②抽排水達(dá)到穩(wěn)定流條件者定為Ⅰ級(jí)，否則定為Ⅱ級(jí)。

上述兩項(xiàng)均為Ⅰ級(jí)者定為Ⅰ級(jí)，否則定為Ⅱ級(jí)。

(8)水位觀測(cè)成果。

①水位變化無(wú)異常者定為Ⅰ級(jí)，否則定為Ⅱ級(jí)。

②幕內(nèi)外落差顯著者定為Ⅰ級(jí)，否則定為Ⅱ級(jí)。

上述兩項(xiàng)均為Ⅰ級(jí)者定為Ⅰ級(jí)，否則定為Ⅱ級(jí)。

上述8種因素作為評(píng)價(jià)因子，建立評(píng)價(jià)因子模糊集合：

U={u1,u2,u3,u4,u5,u6,u7,u8}

工程質(zhì)量分為優(yōu)良、合格、不合格3個(gè)等級(jí)，建立模糊集合：

V={v1,v2,v3}

2.3.6.3 工程質(zhì)量評(píng)價(jià)隸屬度確定

對(duì)于上述離散型變量的隸屬度的取值，沒有精確的確定方法，只能根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況評(píng)定(表7)。

表7 帷幕工程質(zhì)量相關(guān)因素隸屬度取值

2.3.6.4 各因子權(quán)重確定

采用層次分析法確定權(quán)重，多位專家的經(jīng)驗(yàn)判斷結(jié)合適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，運(yùn)算確定權(quán)重(表8)。

從而得出對(duì)應(yīng)的判斷矩陣T

2.3.6.5 工程質(zhì)量的模糊綜合評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)步驟：

(1)評(píng)語(yǔ)集 ={優(yōu)良，合格，不合格}。

(2)因子集 = {資料,帷幕設(shè)計(jì),施工質(zhì)量,壓水試驗(yàn),結(jié)石體質(zhì)量,物探檢測(cè),抽水試驗(yàn),水位觀測(cè)}。

(3)權(quán)重集合A={0.09,0.15,0.18,0.15,0.09,0.11,0.13,0.12}。

(4)根據(jù)隸屬度函數(shù)，確定各因素的模糊隸屬度，建立單因素評(píng)判矩陣R。

(5)計(jì)算模糊評(píng)判集B=A°R。

(6)根據(jù)最大隸屬度準(zhǔn)則對(duì)帷幕注漿工程質(zhì)量進(jìn)行模糊綜合評(píng)判。

搜集帷幕工程截止2015年9月數(shù)據(jù)(表9)，計(jì)算評(píng)價(jià)因子隸屬度(表10)。

表8 評(píng)價(jià)因子矩陣打分

表9 凡口鉛鋅礦帷幕工程質(zhì)量數(shù)據(jù)

表10 帷幕注漿工程質(zhì)量評(píng)價(jià)因子的隸屬度

={0.47,0.39,0.14}

由最大隸屬度準(zhǔn)則判定：礦山帷幕注漿工程質(zhì)量為優(yōu)良。

3 帷幕工程效果監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)

3.1 堵水率

井下排水量是驗(yàn)證帷幕堵水效果最直接的參數(shù)。礦山帷幕主要堵截頂板壺天群含水層的地下水，涌水主要在-40m中段排出，-40m中段排水量變化體現(xiàn)了帷幕注漿的效果。取帷幕施工前10年的平均排水量作為對(duì)比基數(shù)，與帷幕堵水穩(wěn)定后的平均數(shù)據(jù)對(duì)比(表11)，2013年10月至2015年9月2個(gè)水文年度的排水量計(jì)算，平均堵水率為74.5%，2014年堵水率75%，超過了67%的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.2 注漿成本控制

3.2.1 影響成本因素

(1)鉆孔總進(jìn)尺。整條帷幕施工鉆孔278個(gè)，鉆孔總進(jìn)尺(含注漿孔、加密孔、檢查孔)45834.69m，鉆孔進(jìn)尺較設(shè)計(jì)大幅增加，是水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜，地下水徑流加快，增加了加密孔所致。

(2)注漿量。整條帷幕注漿量197126.95m3，是設(shè)計(jì)的98.56%。注漿量減少，表明注漿施工過程中，動(dòng)水條件下漿液擴(kuò)散和流失得到了有效的控制。

(3)帷幕長(zhǎng)度。整條帷幕設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度為1798m，實(shí)際完成1698m，是原設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的73.73%。

表11 堵水率對(duì)比統(tǒng)計(jì)計(jì)算

(4)注漿耗材。整條帷幕消耗水泥64564.81t，尾砂16604.688t，黏土70217.365t，水玻璃4063.949t，谷殼/稻草8795.2袋，海帶2644.5kg，黃豆1277.5kg，砂礫石895.32m3，可塑劑88.37t，聚氨酯1.5t。

3.2.2 注漿成本

(1)單位耗漿量。單位耗漿量以每米進(jìn)尺注漿量計(jì)算。帷幕鉆孔總進(jìn)尺45834.65m。注漿量為197126.95m3，單位耗漿量為4.3m3/m。

(2)單位材料消耗。使用黏土、尾砂等廉價(jià)材料，較貴的水玻璃等輔助材料用量少，對(duì)注漿成本的影響有限，注漿成本主要體現(xiàn)在水泥單耗上。主要漿液5種，材料單耗：水泥327.53kg/m3，尾砂84.23kg/m3，黏土356.20kg/m3，水玻璃20.62kg/m3。通過優(yōu)化技術(shù)參數(shù)、調(diào)整漿液配比和有效控制，減少了水泥用量。

(3)成本計(jì)算。人工、機(jī)械、用水不變，單位成本取決于單位材料成本。單位材料成本以水泥、水玻璃、黏土和尾砂為主，材料以內(nèi)部單價(jià)進(jìn)行計(jì)算。合計(jì)為5746.527萬(wàn)元。折算每米帷幕成本3.384萬(wàn)元。與同類條件下其他礦山帷幕比較，成本最低。

3.3 塌陷減少率

以2005-2015年11年的平均塌陷統(tǒng)計(jì)數(shù)比較，2005-2012年前8年塌陷平均數(shù)為143個(gè)，帷幕工程基本完成后2013-2015年3年塌陷個(gè)數(shù)平均38個(gè)，差值為105個(gè)，塌陷率減少為74%。

3.4 減少排水量及排水成本

實(shí)施帷幕工程前10年(1998-2007年)-40m平均年排水量9283860m3，到2014年帷幕全面完成后，-40m年平均排水量2302267m3，排水量減少6981593m3。約按排水綜合費(fèi)1元/m3計(jì)算，年節(jié)約排水成本為698.16萬(wàn)元。

3.5 呆滯礦體可開采量

帷幕工程完成后，圍蔽了金星嶺北、金星嶺南、東礦帶、獅嶺南4個(gè)區(qū)段受地下水威脅的淺部呆滯共55條礦體，這些礦體基本具備了安全開采的條件，總礦石量達(dá)到500萬(wàn)t，金屬量80萬(wàn)t(不含硫)。

3.6 節(jié)能減排效果

采用尾砂漿注漿，在砂漿中加入20%的泡沫，使?jié){液的濃度大幅提高到74%，使用尾砂漿57846.12m3，漿液減少清水用量45.3m3/m3，節(jié)約清水262.04萬(wàn)m3，減少尾砂排放16604.688t。

帷幕建成后，地下水變清，0m中段、-160m中段和-280m中段幾股裂隙水較清澈，裂隙水循環(huán)利用于井下打鉆和降塵。其中-40m中段利用3000m3/d，-160m中段利用1600m3/d，-280m中段利用2000m3/d。按每年330d作業(yè)天數(shù)計(jì)算，全年井下水利用量217.8萬(wàn)m3，同時(shí)少排礦井水217.8萬(wàn)m3，-40m中段平均減少排水量698.16m3/年，相當(dāng)于減少井下廢水外排量915.96m3/年，有效地保護(hù)了北江水系，節(jié)能減排效果十分明顯。

4 結(jié)論

(1)評(píng)價(jià)結(jié)果與帷幕施工和運(yùn)行的實(shí)際相符，表明監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)的方法科學(xué)合理，評(píng)價(jià)參數(shù)準(zhǔn)確。

(2)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、注漿材料取樣檢定、施工探查鉆孔、物探測(cè)試、壓水試驗(yàn)、結(jié)石體壓力試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)和模糊綜合評(píng)價(jià)等技術(shù)方法綜合運(yùn)用，監(jiān)測(cè)分析的帷幕施工工藝符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，工程質(zhì)量?jī)?yōu)良。

(3)采取有效的控制措施，大幅減少了注漿量，降低了注漿成本，帷幕堵水率、施工成本、礦區(qū)塌陷減少率、減少礦坑水排放量等指標(biāo)超過設(shè)計(jì)指標(biāo)，同時(shí)，可開采呆滯礦量數(shù)百萬(wàn)噸，大量減少外排水廢水，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益巨大，節(jié)能減排效果顯著。

(4)結(jié)合礦區(qū)水文地質(zhì)條件，成功開發(fā)了改性黏土漿、改性尾砂漿、改性黏土雙液漿和泡沫尾砂漿等多種廉價(jià)漿材，豐富了注漿材料，對(duì)巖溶動(dòng)水條件注漿更具有針對(duì)性，取得了良好的應(yīng)用效果，推廣應(yīng)用前景廣闊。

Monitoring and Evaluation on Quality and Effects of Mine Water-plugging Curtain Project

OUYANG Shiyuan

(Shenzhen Zhongjin Lingnan Nonfemet Company Limited Fankou Lead-zinc Mine,Shaoguan,Guangdong 512325)

The mine water-plugging curtain of Fankou lead-zinc mine belongs to concealed works. The monitoring and evaluation to the project quality and effect comprehensively applies engineering expedition, physical test, mathematical analysis, fuzzy evaluation and other varieties of technique methods. The evaluation results indicate that the curtain engineering has high project quality and significant effect on economy, society and environment.

Water-plugging Curtain; Permeable Rate; Water- plugging Rate; Access Hole, Dynamic Monitoring; Fuzzy Evaluation.

歐陽(yáng)仕元(1963—)，男，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事礦山水文地質(zhì)工作。

TD26

A

1671-3818(2016)03-0017-09