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      淺淡注漿技術(shù)在礦山中的應(yīng)用

      2020-12-14 15:00:12
      能源與環(huán)境 2020年1期
      關(guān)鍵詞:塌方水泥漿漿液

      (福建惠峰礦業(yè)有限公司湯泉甲魁煤礦 福建大田 366000)

      1 問題的提出

      (1)在井巷開拓施工中,會(huì)因斷層破碎帶和表土風(fēng)化帶以及淋水工作面較大,在處理時(shí)往往是靠施工經(jīng)驗(yàn),采取撞楔法通過。但采用撞楔法因塌方范圍難于估計(jì),難以通過,而且隨著工作面塌方出碴越多,周邊的塌方范圍越大,使巷道周邊形成較大的應(yīng)力,影響到水系分布。離地表近的,影響到地表的建筑。工作面淋水的增加給礦井排水帶來壓力,特別在斜井施工中,在工作面淋涌水量大,圍巖破碎給下山的施工增加難度。對(duì)于開拓巷道的施工,在設(shè)計(jì)方案比選的前提下,若設(shè)計(jì)方案更改,增加投資、延誤工期。

      (2)由于新的班隊(duì)骨干對(duì)處理塌方技術(shù)上缺少處理塌方經(jīng)驗(yàn),在處理時(shí),心理上有畏懼的心理。

      (3)注漿技術(shù)在市政工程、土木工程、隧道工程等方面利用漿液流動(dòng)性好,注入時(shí)不離析,具有均勻的高于地層土壓的早期強(qiáng)度,具有良好的充填性。注入后能夠進(jìn)入細(xì)小隙縫和粉細(xì)砂層,漿液能在幾秒至幾小時(shí)內(nèi)任意凝固,起到加固圍巖和堵漏的作用。因而其在地基加固、回填防沉、滑坡防治、塌方處理、大壩防滲、路面整治、注漿堵水、砼結(jié)構(gòu)裂縫整治等專項(xiàng)治理中,具有安全實(shí)效、操作簡(jiǎn)單、有不可替代的作用。

      (4)在煤礦災(zāi)害中對(duì)頂板事故、防治水方面、瓦斯防治的安全管理作為安全重點(diǎn),而采用注漿技術(shù)的應(yīng)用能較好地在防治頂板、水、瓦斯方面的結(jié)合能取到較好的效果,為安全工作再增添一道防護(hù)墻。

      筆者根據(jù)以上的問題,提出對(duì)井巷中遇到的破碎帶和淋水段采用注漿施工技術(shù),即保證了安全、減少了涌水量又不破壞巷道周邊的應(yīng)力。

      2 注漿的原理

      注漿原理是通過壓送技術(shù)將具有一定凝膠時(shí)間的漿液注入進(jìn)含水巖層或裂隙松散土層中,使?jié){液凝結(jié)后團(tuán)結(jié)上的顆粒充塞巖層裂縫,最終使土層的水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)都得以改善,起到加固圍巖的作用。

      3 注漿材料及選擇

      對(duì)注漿材料的一般要求和選擇應(yīng)注意如下問題:

      (1)漿液固化時(shí),無(wú)收縮現(xiàn)象,固化后有一定粘結(jié)性,能牢固地與巖石、混凝土及砂子等粘結(jié)。

      (2)漿液配制方便,操作容易掌握,原材料來源豐富,價(jià)格便宜,能夠大規(guī)模使用。

      (3)凝結(jié)性:漿液在現(xiàn)場(chǎng)隨拌隨用,能保證在水泥初凝前到達(dá)注漿工作面。研究表明,水泥漿的初凝時(shí)間一般在2~4h。

      (4)通過水泥漿凝結(jié)的時(shí)間,把工作面的圍巖砌漿作永久性支護(hù)。在注漿時(shí),按先簡(jiǎn)后難,先頂后幫的順序進(jìn)行注漿。

      (5)材料配合比:根據(jù)煤礦地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn),選用水泥砂漿作為注漿材料,由水灰比不大于1.0的水泥摻砂配成,流動(dòng)性小、強(qiáng)度高、耐久性好,節(jié)省水泥。宜用于地層由較大裂隙、耗漿量很大或者有地下水活動(dòng)時(shí),并摻入一定量的水玻璃,起到速凝作用。水玻璃和氯化鈣就是常用的速凝劑,其用量為水泥重量的1~2%。有時(shí)根據(jù)需要,加入緩凝劑(木質(zhì)素磺酸鈣和酒石酸),其用量約為水泥重量的0.2~0.5%。

      在殘積層、巖石斷層破碎帶進(jìn)行注漿施工時(shí),一般當(dāng)注漿材料粒徑能滿足小于裂隙寬度的1/3~1/5時(shí),均能產(chǎn)生裂隙填充。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn),在這種地層中,一般選用普通水泥漿、普通水泥-水玻璃雙液漿基本能滿足裂隙填充的要求。

      (6)注漿時(shí)間:鉆孔分段注漿時(shí)間應(yīng)小于漿液凝膠時(shí)間。

      4 注漿準(zhǔn)備

      (1)造漿及輸漿。根據(jù)配比單,控制好水灰比,將計(jì)量過的水泥倒入攪拌桶中,加入適量的水進(jìn)行攪拌,保證攪拌均勻。

      (2)注漿站布置。注漿站一般布在平穩(wěn)地段,布置注漿泵1臺(tái),鑿巖機(jī)1臺(tái),漿桶3個(gè),及相應(yīng)的各種管路、電纜、電器設(shè)備、信號(hào)及通訊設(shè)施等。注意設(shè)備擺設(shè)要保持重心不偏移。

      (3)注漿壓力。滲透注漿壓力主要由3部分組成:①管路壓力損失P1;②漿液在松軟破碎圍巖中的滲透壓力P2;③注漿管水頭壓力損失P3。

      由于圍巖注漿壓力主要由圍巖弱面控制的圍巖抗拉強(qiáng)度σ1決定,此外還要考慮漏漿、跑漿的情況。由于淺部注漿基本以充填注漿為主,注漿壓力不宜過大,否則跑漿,使漏漿現(xiàn)象更為嚴(yán)重,所以淺部注漿以不超過1MPa為宜。對(duì)于深部注漿,主要是滲透注漿,可以設(shè)計(jì)注漿壓力為2~2.5MPa。嚴(yán)禁超壓注漿,防止將支護(hù)體壓裂。

      實(shí)際操作過程中,注漿壓力可由小逐漸增大,并以能注進(jìn)漿液壓力為準(zhǔn),直至不吸漿為止。在升壓過程中應(yīng)派專人觀察井壁的變化情況,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

      5 注漿施工

      5.1 注漿孔施工及注漿管安裝

      注漿孔直徑Ф42mm,采用YT-28型風(fēng)鉆打眼。利用炮眼注漿,孔深4~10m。要做到注1段、掘1段,砌1段,預(yù)留2m已注漿的巖層作巖帽,作為下一階段注漿時(shí)的止?jié){墻。注漿管采用套管式止?jié){塞,安裝時(shí)將止?jié){塞插入孔中,上緊絲扣,使膠塞脹緊孔壁,即可使用。注漿結(jié)束后,松動(dòng)絲扣取出止?jié){塞,沖洗干凈后再用。

      5.2 注漿系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)

      注漿系統(tǒng)形成后必須先進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)檢查。

      (1)吸漿籠頭吸漿是否正常。

      (2)注漿泵運(yùn)行是否靈敏可靠。

      (3)各個(gè)部件連接是否牢固。

      (4)壓力表是否靈敏及可靠。

      (5)注漿管是否漏水,埋設(shè)是否牢固。

      5.3 壓水試驗(yàn)

      每次注漿前,須做壓水試驗(yàn),以便檢查止?jié){管的止?jié){效果及注漿孔周圍的出水情況。若發(fā)現(xiàn)有裂隙出水或出水點(diǎn),為防止漏漿,可事先用棉紗與道釘封堵,堵好后開始注漿。壓水試驗(yàn)前應(yīng)測(cè)注漿孔的涌水量,以確定及調(diào)整水泥漿液的濃度。

      5.4 注漿

      (1)耐壓試驗(yàn)無(wú)問題后,打開孔口閥,關(guān)閉泄壓閥,將吸漿籠頭放入水泥漿桶中,開機(jī)開始正式注漿。注漿時(shí)要有專人觀察井壁、止?jié){塞及壓力表等。

      (2)吸漿量較大時(shí),可進(jìn)行間歇式注漿,點(diǎn)注時(shí),所有閥不許動(dòng)。

      (3)漿籠頭放入清水中,開注漿泵用清水沖洗管路,待完全變清水后拆卸混合器。

      (4)在注漿過程中要派專人嚴(yán)密監(jiān)測(cè)井壁狀況,發(fā)現(xiàn)異常情況,立即停機(jī)處理。

      5.5 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

      (1)達(dá)到一定的注入量。

      (2)注漿孔不進(jìn)漿,注漿壓力達(dá)到終壓。

      (3)不跑漿、漏漿。

      5.6 封孔

      止?jié){塞拔出后,用和好的水泥填滿搗實(shí),孔口要平整。

      5.7 清洗

      各孔結(jié)束或每班結(jié)束均要用清水清洗注漿泵及注漿管路至少20min。

      6 常見事故及特殊情況處理

      (1)注漿中發(fā)現(xiàn)壓力突降而吸漿量突然增大,或已注入一定量的漿液而注漿壓力仍不見回升時(shí),說明漿液進(jìn)入孔隙或裂隙泄漏。此時(shí)應(yīng)查明原因,用加大水泥漿濃度,縮短凝固時(shí)間等方法處理。

      (2)注漿中發(fā)現(xiàn)泵壓驟升,可能是注漿管路堵塞,應(yīng)立即停泵檢查,找出原因,及時(shí)處理,以保證注漿工作順利進(jìn)行。

      (3)注漿孔單孔水壓很大,注漿管安裝困難時(shí),要采取在出水孔附近打1~2孔進(jìn)行分流,減少水壓,然后安裝注漿管進(jìn)行頂水注漿,漿液全部采用雙液漿。

      (4)如井壁發(fā)現(xiàn)異常,有裂隙或掉塊應(yīng)立即停止注漿工作,對(duì)井壁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

      7 應(yīng)用實(shí)例

      湯泉甲魁煤礦+630至435猴車井?dāng)嗝娓?.7m,寬2.9m,斜井施工至116m處工作面遇淋水,圍巖破碎。在采取短掘短砌的施工時(shí),隨著淋水加大,工作面遇塌方高6.5m,寬4.5m,水壓0.23MPa,流砂狀,影響施工進(jìn)度。經(jīng)礦領(lǐng)導(dǎo)技術(shù)論證,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng),先停止清理塌方,在工作面砌0.8m厚的止?jié){墻嵌入巷道周邊,按照設(shè)計(jì)要求,以孔距1.2m、孔深5m、注漿管4.5m、孔底超巷道輪廓邊緣1.2m,呈扇形布置。注漿孔采用YT-28型氣動(dòng)鑿巖機(jī),注漿壓力控制在2.2MPa,注漿水泥采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥,水灰比1∶0.8,外加速凝劑。先注頂部,后注兩幫,一方面可以堵水,減少斜井施工難度;另一方面可以穩(wěn)固周邊巖層,不產(chǎn)生塌方,做到注漿、掘進(jìn)、砌碹循環(huán)施工。施工時(shí)共分3次注漿,總注漿量約46m3,水泥41t,直至安全順利通過圍巖破碎淋水帶16m。

      8 結(jié)束語(yǔ)

      注漿作為在地面工程建設(shè)中已是成熟的工藝技術(shù),取得很好的效益。煤礦作為高危行業(yè),可以根據(jù)自身煤礦企業(yè)地質(zhì)構(gòu)造的特點(diǎn),綜合成本、安全、工期等分析,利用注漿技術(shù),培訓(xùn)一支訓(xùn)練有術(shù)、技術(shù)過硬、穩(wěn)定的注漿施工隊(duì)伍;再結(jié)合物探技術(shù),對(duì)注漿效進(jìn)行檢查評(píng)定,在防治水、瓦斯防溢、頂板管理、圍巖加固、防滅火等方面一定能起到很好的加固作用。

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