粉煤灰基防滲注漿材料配比優(yōu)選及其性能試驗(yàn)研究

苗賀朝，王 海，王曉東，王 皓，許剛剛

(1.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077；2.陜西省煤礦水害防治技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710077)

0 引 言

“富煤、貧油、少氣”的能源結(jié)構(gòu)決定了在未來(lái)30～50 a，煤炭仍然是我國(guó)最主要的能源[1-2]。煤炭作為發(fā)電、供暖的主要原料，在燃燒時(shí)會(huì)帶來(lái)大宗固體廢棄物，如粉煤灰等。有關(guān)資料估計(jì)，到2020年底我國(guó)粉煤灰的總堆積量為30億t左右[3]。固廢的不妥善處理，隨意堆放等不僅會(huì)占用大量土地，還會(huì)對(duì)大氣、水源、土壤等造成污染。粉煤灰本身具有一定潛在的化學(xué)活性，若能將其進(jìn)行合理利用，不但能有效地解決環(huán)境污染問(wèn)題，還可以創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[4]。

目前，我國(guó)粉煤灰利用的最主要方式是將其用于建筑工程材料，如筑路、制磚、做水泥和混凝土的摻合料。隨著對(duì)粉煤灰性能認(rèn)識(shí)的不斷深入，其綜合利用正逐步延伸到農(nóng)業(yè)發(fā)展(改良土壤、生產(chǎn)肥料等)、環(huán)境保護(hù)(廢液、廢氣治理)、深度分離、陶瓷生產(chǎn)、化工等領(lǐng)域[5]。相對(duì)來(lái)講，國(guó)外對(duì)粉煤灰的綜合利用研究起步較早，除了在建筑材料、環(huán)境保護(hù)、化工生產(chǎn)等領(lǐng)域應(yīng)用以外，部分學(xué)者還嘗試一些新途徑和新工藝拓展粉煤灰利用渠道，如：Groszowice水泥廠用堿溶法從粉煤灰中提取氧化鋁，Kim Chul-Hwan和Sumio Horiuchi等學(xué)者將粉煤灰作為一種提高紙張抗拉強(qiáng)度和內(nèi)部黏結(jié)強(qiáng)度的造紙?jiān)系萚6-7]。近年來(lái)，隨著建材市場(chǎng)逐漸飽和、農(nóng)用土壤標(biāo)準(zhǔn)提高，國(guó)內(nèi)外粉煤灰綜合利用率均受到一定程度影響，且常年累月的積累使得粉煤灰余量較高。目前地下工程水害防治每年消耗大量水泥漿液，如果在水泥漿液中摻入適量粉煤灰，不僅能夠有效緩解粉煤灰存放帶來(lái)的環(huán)保壓力，提高粉煤灰綜合利用附加值，還可以改善水泥漿液的工程性能，同時(shí)可大幅減少水泥用量，節(jié)約工程成本。而針對(duì)粉煤灰基防滲注漿材料性能的系統(tǒng)研究較少，因此有必要開展該方面的工作。

筆者主要針對(duì)礦山、隧道和城市地下空間等工程在防治涌水、塌方等地質(zhì)災(zāi)害[8-10]時(shí)，著眼于工程安全可靠，力圖尋求經(jīng)濟(jì)高效的注漿防滲材料的需求而開展的試驗(yàn)研究工作。采用正交試驗(yàn)方法[11-12]測(cè)試粉煤灰基防滲注漿材料在不同因素水平下幾項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)的基本特性，進(jìn)而為注漿工程提供更優(yōu)的配合比及方案。

1 粉煤灰基防滲材料性能試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

粉煤灰基防滲材料性能試驗(yàn)材料包括水泥、粉煤灰、外加劑和水，各材料基本情況如下：

1)水泥：采用P.O 42.5水泥，各項(xiàng)性能指標(biāo)詳見表1。

表1 普通硅酸鹽水泥性能指標(biāo)

2)粉煤灰：F類Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度為9%；需水量比為91%；燒失量為1.6%，游離氧化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%。

3)外加劑：外加劑選用某激發(fā)劑D。

4)水：拌制漿液用水為自來(lái)水，PH值7.2。

1.2 試驗(yàn)儀器

為開展粉煤灰基防滲注漿材料配比優(yōu)選及其性能試驗(yàn)，選用的試驗(yàn)儀器及設(shè)備主要有：電子秤、水泥凈漿攪拌機(jī)、泥漿比重計(jì)、水泥稠度試模(截錐圓模)、亞克力板、鋼尺、玻璃片、恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱、維卡儀、量筒等。

1.3 試驗(yàn)內(nèi)容及方法

1)流動(dòng)度試驗(yàn): 采用截錐圓模、亞克力板及鋼尺測(cè)試。

2)密度試驗(yàn)：采用泥漿比重計(jì)測(cè)試。

3)結(jié)石率試驗(yàn)：取體積V0的均勻混合漿液，置于密閉容器內(nèi)，并將其放于恒溫恒濕箱中，待初凝后，用排液法[13-14]測(cè)出結(jié)石體的體積V1,然后根據(jù)η=V1/V0×100%計(jì)算結(jié)石率η，其中，V0為混合漿液體積。

4)析水率試驗(yàn)：用帶有刻度的量筒取攪拌均勻的混合漿液V0，蓋上玻璃板，并將其放置于恒溫恒濕箱中養(yǎng)護(hù)。每隔 5 min讀取上部澄清水與下部沉淀膠體之間刻度V，直至讀數(shù)達(dá)到穩(wěn)定為止，穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為連續(xù)3個(gè)讀數(shù)完全相同，最后根據(jù)δ=(V0-V)/V0×100%計(jì)算析水率δ。

5)凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)：參考水泥漿液凝結(jié)時(shí)間測(cè)試方法，即采用維卡儀測(cè)試其初、終凝時(shí)間[15-16]。按照設(shè)計(jì)配比制好漿液，倒入截錐圓形試模，在恒溫恒濕箱中養(yǎng)護(hù)。從膠凝材料全部加水至維卡儀初凝試針沉至距玻璃底板3～5 mm時(shí)所需時(shí)間為初凝時(shí)間。初凝后，立即將試模連同結(jié)石體以平移的方式從玻璃板取下，翻轉(zhuǎn)180°，直徑大端向上小端向下放在玻璃板上，放入恒溫恒濕箱中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，當(dāng)維卡儀終凝試針沉入試體0.5 mm時(shí)，即環(huán)形附件開始不能在試體上留下痕跡時(shí)，漿液達(dá)到終凝狀態(tài)。從膠凝材料全部加水至終凝狀態(tài)的時(shí)間為漿液的終凝時(shí)間。

1.4 方案設(shè)計(jì)

為了既能充分反應(yīng)各因素、水平對(duì)膠凝材料特性的影響，同時(shí)盡量減少試驗(yàn)工作量，采取正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。影響因素設(shè)計(jì)有水固比A、固相比B、激發(fā)劑D、溫度G，每個(gè)因素有4種取值水平，見表2。根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，選用L16(45) 型試驗(yàn)表。

表2 注漿材料正交試驗(yàn)因素水平

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

粉煤灰基防滲注漿材料正交試驗(yàn)結(jié)果見表3，其包含了6項(xiàng)指標(biāo)分別在不同因素及不同水平下的測(cè)試結(jié)果。

表3 注漿材料正交試驗(yàn)結(jié)果

2.2 結(jié)果分析

根據(jù)粉煤灰基防滲注漿材料正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)流動(dòng)度、密度、結(jié)石率、析水率、初凝時(shí)間和終凝時(shí)間進(jìn)行直觀分析(極差分析)與方差分析[17]。

1)極差分析：分別計(jì)算6項(xiàng)指標(biāo)在各因素水平下均值的極差，根據(jù)極差大小確定影響因素的主次順序，極差越大表明該因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響越大。為了更直觀起見，用各因素的水平作橫坐標(biāo)，指標(biāo)均值作縱坐標(biāo)，做出均值主效應(yīng)圖(圖1—圖6)。Rj的計(jì)算式如下：

(1)

2)方差分析：將總變差平方和分解為各因素的變差平方和與誤差平方和，然后構(gòu)造F統(tǒng)計(jì)量，將各因素F與其臨界值Fα進(jìn)行大小比較，檢驗(yàn)各因素是否對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)具有顯著性影響，顯著性水平α取0.01，0.05，0.10這3種?？傋儾钇椒胶蚐T、總自由度f(wàn)T和各因素統(tǒng)計(jì)量Fm計(jì)算公式分別如下所示：

ST=SA+SB+SD+SG+Se

(2)

fT=fA+fB+fD+fG+fe

(3)

(4)

式中：ST為總變差平方和，SA、SB、SD、SG分別為因素A、B、D、G的變差平方和，Se為誤差的變差平方和；fT為試驗(yàn)的總自由度，fA、fB、fD、fG分別為因素A、B、D、G的自由度，fe為誤差的自由度；Fm為各因素的F值，m可取A、B、D、G；

其中，F(xiàn)m>F0.01(f1,f2)表示該因子水平的改變對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有高度顯著的影響；F0.01(f1,f2)>Fm>F0.05(f1,f2)表示該因子水平的改變對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有顯著的影響；F0.05(f1,f2)>Fm>F0.10(f1,f2)表示該因子水平的改變對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有一定的影響；Fm

表4 注漿材料試驗(yàn)6項(xiàng)指標(biāo)方差分析

續(xù)表

2.2.1 流動(dòng)度

流動(dòng)度隨水固比、固相比、激發(fā)劑摻量和溫度4個(gè)因素的變化如圖1所示，由圖1可知，漿液流動(dòng)度具有如下規(guī)律：

1)流動(dòng)度隨著水固比的增大而增大。這是由于水的摻入使得膠凝材料細(xì)微顆粒更為分散，漿液稠度降低、擴(kuò)散更遠(yuǎn)。

2)隨著粉煤灰摻入比例增大、水泥摻入比例減小，漿液的流動(dòng)度呈減小趨勢(shì)。這是因?yàn)樵囼?yàn)所用粉煤灰為二級(jí)灰，相較于粉煤灰而言，水泥的磨圓度更好，粒度更細(xì)且均勻，因此粉煤灰摻量的增加減弱了漿液的流動(dòng)性。

3)激發(fā)劑摻量增減、溫度變化對(duì)漿液的流動(dòng)度的影響很微弱。

由極差與方差綜合分析結(jié)果可知，以流動(dòng)度為指標(biāo)，在該試驗(yàn)條件下時(shí)，水固比因素的極差最大，表明水固比對(duì)漿液流動(dòng)度的影響最大。各因素影響程度大小依次為：A(水固比)、B(固相比)、G(溫度)、D(激發(fā)劑)，且A、B兩項(xiàng)因素對(duì)漿液流動(dòng)度均具有高度顯著的影響。從注漿操作方便性來(lái)講，以流動(dòng)度為指標(biāo)時(shí)的最佳組合為A4B1DjGj，即：水固比取第4種水平，為1∶1；固相比取第1種水平，為40∶60；激發(fā)劑摻量在其水平j(luò)范圍(0～3%)內(nèi)取值均可；溫度在其水平j(luò)范圍(5～20 ℃)內(nèi)取值均可。

圖1 各因素對(duì)流動(dòng)度均值的影響Fig.1 Influence of various factors on the mean value of fluidity

2.2.2 密 度

密度隨水固比、固相比、激發(fā)劑摻量和溫度4個(gè)因素的變化如圖2所示，由圖2可知，漿液密度具有如下規(guī)律：

1)隨著水固比的增大，漿液密度在逐漸減小。即水固比增大時(shí)漿液被逐步稀釋，密度就減小。

2)隨著粉煤灰摻入比例增大、水泥摻入比例減小，漿液的密度略微減小。這是由于水泥的密度大于粉煤灰的密度，故不同固相比的漿液在體積相同時(shí)，粉煤灰摻入比例越大，漿液密度越小。

圖2 各因素對(duì)密度均值的影響Fig.2 Influence of various factors on the mean value of density

3)激發(fā)劑摻量改變、溫度變化對(duì)漿液的密度影響比較微弱。

以密度為指標(biāo)，在該試驗(yàn)條件下時(shí)，水固比因素的極差最大，表明水固比對(duì)漿液密度的影響最大。各因素影響程度大小依次為：A(水固比)、B(固相比)、G(溫度)、D(激發(fā)劑)，其中，A因素對(duì)漿液密度具有高度顯著影響，B因素對(duì)漿液密度具有顯著影響。從結(jié)石體強(qiáng)度及耐久性來(lái)講，以密度為指標(biāo)時(shí)的最佳組合為A1B1DjGj，即：水固比取第1種水平，為0.7∶1；固相比也取第1種水平，為40∶60；激發(fā)劑摻量在其水平j(luò)范圍(0～3%)內(nèi)取值均可；溫度在其水平j(luò)范圍(5～20 ℃)內(nèi)取值均可。

2.2.3 結(jié)石率

結(jié)石率是指漿液凝固后結(jié)石體的體積占原漿液體積的百分比[18]。結(jié)石率隨水固比、固相比、激發(fā)劑摻量和溫度4個(gè)因素的變化如圖3所示，由圖3可知，結(jié)石率具有如下規(guī)律：

1)隨著水固比增大，漿液結(jié)石率在逐漸減小。水固比增大時(shí)，單位體積的漿液里固相材料摻入量就會(huì)減小，因此凝固后結(jié)石體就減小。

2)粉煤灰(水泥)摻入比例改變對(duì)漿液的結(jié)石率影響很小。說(shuō)明適量摻入粉煤灰部分取代水泥，對(duì)注漿充填率影響不大。

3)激發(fā)劑摻量增加時(shí)，漿液結(jié)石率略微減小，說(shuō)明該激發(fā)劑促進(jìn)了材料的水化反應(yīng)程度，對(duì)結(jié)石體起到了致密作用。

4)隨著溫度增加，漿液結(jié)實(shí)率有小幅增長(zhǎng)。這是由于在5～20 ℃范圍內(nèi)時(shí)，溫度越高，漿液早期水化速率越快，硬化結(jié)石體中越容易產(chǎn)生孔隙。以結(jié)實(shí)率為指標(biāo)，在該試驗(yàn)條件下時(shí)，水固比因素的極差最大，表明4個(gè)因素中水固比對(duì)漿液結(jié)石率的影響最大。各因素影響程度大小依次為：A(水固比)、G(溫度)、B(固相比)、D(激發(fā)劑)，其中，A因素對(duì)漿液結(jié)石率具有顯著影響，G因素對(duì)漿液結(jié)石率具有一定影響，B、D因素對(duì)漿液結(jié)石率無(wú)顯著影響，從有效充填或加固效果來(lái)講，以結(jié)石率為指標(biāo)時(shí)的最佳組合為A1BjDjG4，即：水固比取第1種水平，為0.7∶1；固相比在其水平j(luò)范圍(40∶60～10∶90)內(nèi)取值均可；激發(fā)劑摻量在其水平j(luò)范圍(0～3%)內(nèi)取值均可；溫度取第4種水平，為20 ℃。

圖3 各因素對(duì)結(jié)石率均值的影響Fig.3 The influence of various factors on the mean value of concretion rate

圖4 各因素對(duì)析水率均值的影響Fig.4 Influence of various factors on the mean value of water precipitation rate

2.2.4 析水率

析水率是指漿液在靜止?fàn)顟B(tài)下由于顆粒的沉淀作用而析出水的比率，主要用于表征漿液的穩(wěn)定性[19-20]。析水率隨水固比、固相比、激發(fā)劑摻量和溫度4個(gè)因素的變化如圖4所示，由圖4可知，析水率具有如下規(guī)律：

1)隨著水固比增大，漿液析水率在增大。這是由于膠凝材料數(shù)量及外部條件確定時(shí)，參與水化反應(yīng)所需水量也基本不再增大。

2)粉煤灰(水泥)摻入比例、激發(fā)劑摻量的改變對(duì)漿液的析水率影響很微弱。說(shuō)明適量摻入粉煤灰、激發(fā)劑基本沒(méi)有改變膠凝材料混合漿液的穩(wěn)定性能。

3)隨著溫度增加，漿液析水率有小幅減小。主要是由于溫度的提升促進(jìn)了膠凝材料在漿液中的水化反應(yīng)速率，且使得水化反應(yīng)更加充分，參與水化反應(yīng)所需水量也會(huì)增多。

以析水率為指標(biāo)，在該試驗(yàn)條件下時(shí)，水固比因素的極差最大，表明4個(gè)因素中水固比對(duì)漿液析水率的影響最大。各因素影響程度大小依次為：A(水固比)、G(溫度)、B(固相比)、D(激發(fā)劑)，其中，A、G因素對(duì)漿液析水率具有高度顯著影響，B因素對(duì)漿液析水率具有顯著影響，D因素對(duì)漿液析水率無(wú)顯著影響。以析水率為指標(biāo)時(shí)，應(yīng)使析水率盡量降低，故最佳組合同樣為A1BjDjG4，代表的實(shí)際意義同上。

2.2.5 初凝/終凝時(shí)間

初凝和終凝時(shí)間隨水固比、固相比、激發(fā)劑摻量和溫度4個(gè)因素的變化分別如圖5和圖6所示，由圖5與圖6可知，在該試驗(yàn)條件下，初凝/終凝時(shí)間具有如下規(guī)律：

1)隨著水固比增大，漿液初凝/終凝時(shí)間都在延長(zhǎng)。產(chǎn)生這一現(xiàn)象主要是由于該膠凝材料屬于水硬性材料，當(dāng)水灰比較小時(shí)，則膠凝材料顆粒間距離較小，容易形成骨架結(jié)構(gòu)；當(dāng)水灰比增大時(shí)，材料顆粒間距離增大，漿液凝結(jié)時(shí)需要水化產(chǎn)物填充的結(jié)構(gòu)孔隙也增多，故將造成凝結(jié)硬化時(shí)間的延長(zhǎng)。

2)隨著粉煤灰摻入比例增大、水泥摻入比例減小，漿液初凝/終凝時(shí)間都有較大延長(zhǎng)，兩者變化幅度基本一致。這是由于水泥與粉煤灰的主要化學(xué)成分存在差異，水泥中可參與水化反應(yīng)的有效成分更多，其參與水化反應(yīng)更易形成凝聚網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。故水泥摻量較多時(shí)漿液凝結(jié)時(shí)間較短；反之，則會(huì)延長(zhǎng)漿液凝結(jié)時(shí)間。

圖5 各因素對(duì)初凝時(shí)間均值的影響Fig.5 Influence of various factors on the mean value of initial setting time

圖6 各因素對(duì)終凝時(shí)間均值的影響Fig.6 Influence of various factors on the mean value of final setting time

3)隨著激發(fā)劑摻量增加，漿液初凝/終凝時(shí)間都在縮短。主要是由于激發(fā)劑促進(jìn)了漿液的水化反應(yīng)速率，增加了水化產(chǎn)物數(shù)量，加快了水化產(chǎn)物凝聚速率。

4)隨著溫度升高，漿液初凝/終凝時(shí)間都在縮短。說(shuō)明溫度升高改善了漿液的水化環(huán)境，提高了水化速率，促進(jìn)了漿液凝結(jié)硬化。

凝結(jié)硬化時(shí)間長(zhǎng)短主要由膠凝材料水化產(chǎn)物產(chǎn)生速度和數(shù)量決定，水化產(chǎn)物凝聚后將形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得漿體塑性降低并逐步硬化[21]。

以初凝/終凝時(shí)間為指標(biāo)，固相比因素的極差最大，表明4個(gè)因素中固相比對(duì)漿液凝結(jié)時(shí)間的影響最大。各因素影響程度大小依次為：B(固相比)、G(溫度)、A(水固比)、D(激發(fā)劑)，且4個(gè)因素對(duì)漿液初凝時(shí)間均具有高度顯著影響；B、G對(duì)終凝時(shí)間具有高度顯著影響，A、D對(duì)終凝時(shí)間具有顯著影響。以凝結(jié)時(shí)間為指標(biāo)時(shí)，既要考慮漿液的施工可操作性，還需兼顧注漿施工進(jìn)度，即要求凝結(jié)時(shí)間不宜過(guò)短也不能太長(zhǎng)，故最佳組合為A1B1D3G4，即：水固比取第1種水平，為0.7∶1；固相比取第1種水平，為40∶60；激發(fā)劑摻量取第3種水平，為2%；溫度取第4種水平，為20 ℃。

2.2.6 綜合平衡法分析

利用綜合平衡法[17]對(duì)6項(xiàng)指標(biāo)的條件綜合比較，找出兼顧每項(xiàng)指標(biāo)并滿足注漿工程要求的最優(yōu)方案。試驗(yàn)中要考察的指標(biāo)有：①流動(dòng)度：越大越易于施工；②密度：越大越利于工程質(zhì)量；③結(jié)石率：越大越好，一般要求不低于85%；④析水率：越小越好，這樣漿液性能更穩(wěn)定；⑤初凝/終凝時(shí)間：根據(jù)某注漿工程施工現(xiàn)場(chǎng)要求，初凝時(shí)間不得小于12 h，終凝時(shí)間不得超過(guò)48 h。

結(jié)合圖1—圖6，綜合考察6項(xiàng)指標(biāo)可以看出：4個(gè)因素各水平都滿足初凝時(shí)間要求；滿足終凝時(shí)間的各因素水平取值分別為水灰比0.7∶1與0.8∶1，固相比40∶60與30∶70，激發(fā)劑摻量2%，溫度15 ℃與20 ℃?？疾旖Y(jié)石率發(fā)現(xiàn)，滿足終凝時(shí)間的各因素水平，都可以保證漿液具有85%以上的結(jié)石率?？疾炝鲃?dòng)度與密度可知，水固比從0.7∶1調(diào)整為0.8∶1時(shí)，漿液密度稍有降低，而流動(dòng)度卻有較大改善，因此水固比取值0.8∶1更為合理；進(jìn)一步考察流動(dòng)度則有，固相比從40∶60調(diào)整為30∶70時(shí)，漿液流動(dòng)度及密度雖都減小，但減小幅度較小，且固相比為30∶70時(shí)漿液各項(xiàng)指標(biāo)均滿足工程需求，兼顧工程經(jīng)濟(jì)性，宜提高粉煤灰的摻入量，因此固相比的最佳取值為30∶70。由結(jié)石率與終凝時(shí)間可以看出，養(yǎng)護(hù)溫度越高，越有利于漿液性能改善。經(jīng)過(guò)上述綜合平衡分析后，得到兼顧漿液性能及成本的最佳方案為：水固比取0.8∶1，固相比取30∶70，激發(fā)劑摻量取2%，溫度盡量在15 ℃以上，即施工作業(yè)盡量挑選在合適的季節(jié)及天氣較好的時(shí)段，或采取其他保溫措施。

3 工程應(yīng)用

某露天礦位于內(nèi)蒙古東部草原區(qū)，自2017年以來(lái)，礦坑水位保持在較高水平，礦坑疏排水量遠(yuǎn)大于初步設(shè)計(jì)方案預(yù)計(jì)的水量，其嚴(yán)重影響著煤礦的穩(wěn)定運(yùn)行。將地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)、疏排水試驗(yàn)及水位觀測(cè)結(jié)果等資料綜合分析，結(jié)果表明：礦坑疏排水量主要來(lái)源為海拉爾河通過(guò)第四系砂礫石層，沿煤層隱伏露頭形成補(bǔ)給[22]，砂礫石層平均埋深在地表以下6 m，最大厚度約37 m。本工程旨在通過(guò)封堵煤層露頭處砂礫石層滲流補(bǔ)給通道，從根本上解決礦區(qū)水害威脅問(wèn)題。針對(duì)礦區(qū)截排減滲的需求，利用前文試驗(yàn)優(yōu)選方案，于2019年在該礦區(qū)開展了地下連續(xù)墻防滲注漿工程，帷幕注漿深度為21～56 m。工期內(nèi)當(dāng)?shù)仄骄鶜鉁貫?5～25 ℃，地層溫度梯度按照每向下延伸100 m，地層溫度升高3 ℃。由此可得，漿液澆筑后的環(huán)境溫度在15～27 ℃，該漿液初始溫度對(duì)漿材澆筑后性能影響較小。在注漿結(jié)束后7、28和90 d，采用鉆孔取芯力學(xué)測(cè)試、圍井抽水試驗(yàn)及超聲波檢測(cè)等手段對(duì)墻體防滲效果進(jìn)行驗(yàn)證，注漿體在3個(gè)齡期對(duì)應(yīng)抗壓強(qiáng)度分別為2.7、5.9和8.5 MPa，滲透系數(shù)分別為9.8×10-6、1.2×10-6和8.6×10-7cm/s，測(cè)試結(jié)果表明防滲墻體連續(xù)、完整。工程實(shí)施后礦坑疏排水量顯著減少，該方案既滿足便捷施工的要求，又保障了煤礦的安全運(yùn)行，同時(shí)節(jié)約了工程成本，在相關(guān)工程領(lǐng)域中可推廣應(yīng)用。

4 結(jié) 論

1)通過(guò)正交試驗(yàn)手段開展了粉煤灰基防滲注漿材料性能室內(nèi)試驗(yàn)，采用極差與方差方法分析了漿液6項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)在4個(gè)因素4個(gè)水平下的變化規(guī)律，利用綜合平衡法優(yōu)選出一種既能兼顧漿液各項(xiàng)指標(biāo)又可以滿足注漿工程要求的配比及方案：水固比取0.8∶1，固相比取30∶70，激發(fā)劑摻量取2%，施工溫度盡量保持在15 ℃以上。

2)將粉煤灰基防滲注漿材料優(yōu)選后，應(yīng)用于露天煤礦地下連續(xù)墻防滲工程中，保障了礦區(qū)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，減輕了粉煤灰堆存造成的環(huán)境問(wèn)題，節(jié)約了注漿工程成本，對(duì)礦山水害防治、隧道不良地質(zhì)處理、地下空間基礎(chǔ)改良等類似工程起到了一定的指導(dǎo)作用。

3)水固比對(duì)粉煤灰基注漿材料的工程性能影響很大，固相比主要影響漿液流動(dòng)度及凝結(jié)時(shí)間，摻加適量的外加劑可以促進(jìn)漿液凝固、提升漿液性能，做好注漿工程保溫防控措施有利于縮短凝結(jié)時(shí)間、增大結(jié)石率及減小析水率。在開展注漿防滲工程時(shí)，可以結(jié)合實(shí)際情況，靈活調(diào)整這幾項(xiàng)關(guān)鍵因素、水平的取值，以期滿足工程需求。