1995.北京全国首届岩石锚固与注浆学术会议论文集·矿业工程·粘土水泥浆在立井地面预注浆中的应用及效果黄德发吴强(河南煤炭工业管理局墓建处郑州450000)建国以来,立井地面预注浆堵水工程中,传统的使用单一水泥浆液,为了降低井筒预注浆的水泥消耗量和提高堵水效果,近年来,不少井筒开展了对粘土水泥浆的性能试验和实际应用。河南平顶山十三矿、冷泉矿、梁北矿6个井筒对粘土水泥浆进行应用,取得了显著效果。1浆液的组成粘土水泥浆的主要成分是粘土、水泥、水玻璃和水。粘土是浆液的主要成分,占浆液干料的70%左右。本着就地取材的原则,平十三矿及梁北矿在广场选用红粘土,冷泉矿选用鹤壁市浚县红粘土,并对其性能和矿物成分进行了测定和化验分析,综合监定结果如表1所示。表1粘土性能及组份测试结果粘土名称塑限/%塑性指数自由膨胀/%比表面积/m,·g一`蒙脱石/%伊利石/%pH值禹县上新世红土梭县红粘土22.518.75521.560228.41328.6726.2819.28.1623.513.37.94粘土做为浆液的主要成份,要求含砂量越少越好,颗粒越细越好,塑性指数较高为好并具有一定的粘度,粘度太大,可注性较差,影响注浆泵吸浆和输送;粘度过小,浆液凝结后塑性强度低,容易影响堵水效果。水泥是浆液中仅次于粘土的主要成份,一般占干料30%左右,在浆液中通过水化作用生成凝胶体,起结构成型作用,6个井筒在浆液中配用425号以上的普通硅酸盐水泥。水玻璃是浆液中结构成型剂和速凝剂,其用量为浆液体积的1%一2.5%,6个井筒均采用钠质水玻璃,模数为2.8一.32,浓度为37~4eB`。水是配制浆液的主要液体,一般占浆液重量的43%左右,几个矿井均使用矿场附近的地下含水层洁净水。2浆液的性能·粘土水泥浆是一种复杂的多相流体,其性能主要包括塑性强度、析水率、粘度、抗渗性、粘土水泥浆在立井地面预注浆中的应用及效果耐久性等项指标。.21塑性强度粘土水泥浆的堵水作用是浆液高压注入到含水岩层裂隙中,凝结后产生一个不能被地下水压挤出裂隙的能力,从而封堵裂隙起到堵水的作用,其结石体的抗剪力学指标(即抗剪强度)称为粘土水泥浆的塑性强度。塑性强度与浆液中的粘土、水泥、水玻璃的用量密切相关,其强度一般随粘土水泥浆的比重增大而增高;随水泥的用量增加而增高;随水玻璃的用量增加而增高;此外随注浆压力的增加而增高,同时也与粘土中矿物成份、水泥标号、水玻璃模数以及受注岩层透水性有关。平十三矿用广2、广。号土在相对密度为1.259c/m,粘土原浆中加入0.15t的425号水泥和20t水玻璃配制粘土水泥浆,测得其塑性强度为:0一h8时,塑性强度小,变化不大;8一2h4时,塑性强度变化较快,为793.76X102Pa;24一48h时,塑性强度变化很快,为2024.85丫102Pa;48一721飞时,塑性强度增加最快,为7751.56X102Pa;3d以后,塑性强度增加微弱,曲线平缓。2.2析水率析水率是反映浆液稳定性和充填密实饱满程度的重要指标。当析水率低时不易脱水,抗渗性能好,因而注浆堵水性能转优,6个井筒粘土水泥浆的相对密度为1.24一1.3配制的粘土水泥浆,经测试其析水率为2%~3写,与单一水泥浆的析水率相比低10%左右。实践证明,粘土水泥浆析水率低,有的接近不析水,稳定性能好,遇水不分散,浆液在裂隙中是沿整个裂隙断面推进扩散充填裂隙。2.3粘度粘度是粘土水泥浆的基本参数,它标志着粘土水泥浆的可泵性和可注性,即浆液的粘度大小直接影响浆液的扩散半径,同时为确定注浆压力、流量等参数提供依据。由于粘度与粘土中的矿物成份密切相关,并随着粘土用量以及水泥、水玻璃加入量增加而增加,因而粘土水泥浆具有良好的粘度可调性,可调范围大,适合各种宽度裂隙。当粘度越小,则扩散半径越大,有利于注浆,但为防止浆液扩散过远而浆液消耗过大,则需增加粘度,以控制扩散半径,所以粘度不宜过低。6个井筒注浆使用的粘度范围见表2。表2注浆粘度表井筒名称粘土水泥浆粘度/,加入水玻璃后粘度s/平十三矿主井平十三矿副井梁北矿主井梁北矿副并冷泉矿主井冷泉矿副井23.8~2423.8~24444425~2725~27474719~2919~29可达195可达1952.4抗渗性抗渗性是评价注浆质量内容之一,对注后井筒剩余涌水量有密切关系。据室内模拟和抗9195.北京全国首届岩石锚固与注浆学术会议论文集渗试验,在裂隙宽度0.15一smm的条件下,浆液凝固体具有(0...