李 保 平

(山西機(jī)械化建設(shè)集團(tuán)公司，山西 太原 030009)

談矸石山注漿阻火技術(shù)

李 保 平

(山西機(jī)械化建設(shè)集團(tuán)公司，山西 太原 030009)

針對矸石的自燃原因，介紹了矸石山注漿阻火技術(shù)方案的選擇，并從漿液的配制、漿管的埋設(shè)、鉆孔施工工藝及注漿步驟等方面，闡述了矸石山注漿阻火的技術(shù)措施，指出注漿阻火技術(shù)對矸石山的治理有較好的應(yīng)用和推廣價值。

矸石山，注漿壓力，漿液，配合比

山西省是煤炭資源大省，省內(nèi)眾多煤礦星羅棋布。改革開放以來，我省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要支柱是煤炭業(yè)，采煤量逐年增大，伴隨著采煤量的不斷上升煤矸石產(chǎn)量也逐年上升。由于歷史原因，以前的矸石多露天堆放未采取有效措施，已有多處矸石山發(fā)生了自燃現(xiàn)象，矸石自燃過程中會產(chǎn)生大量CO，SO2與H2S等有毒、有害氣體及煙塵，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境。矸石燃燒產(chǎn)生的酸性氣體經(jīng)雨水淋溶形成的酸性水，滲透到地下污染地下水，嚴(yán)重危害人們的身體健康。蔭營煤礦瓦斯抽房站二號擋墻背后路基為天然地基持力層為矸石，且部分矸石已發(fā)生自燃現(xiàn)象，為防止矸石自燃對南側(cè)的瓦斯抽放站造成危害。我項目部經(jīng)過幾個月的不斷摸索、調(diào)研后，于2013年年初對二號擋墻背后矸石山進(jìn)行鉆孔注漿阻火施工，并初步取得了成功。

1 矸石山自燃機(jī)理

蔭營煤礦的矸石中有可燃物碳，隨著環(huán)境溫度的升高，促使矸石的氧化反應(yīng)加速，達(dá)到臨界溫度點(diǎn)后，矸石便自燃。

2 阻火工程方案的選擇

2.1 阻火注漿方案的選擇

針對自燃機(jī)理的分析發(fā)現(xiàn)矸石山自燃需具備3個條件：可燃物、供氧、蓄熱，對矸石山自燃阻斷，必須破壞其自燃條件，參照國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗結(jié)合多年的工作實(shí)踐，矸石山阻火方法常用的有覆蓋法、表面澆灌法與注漿法。注漿法的阻火機(jī)理是通過“降溫”與“隔氧”的雙重作用來達(dá)到阻火的目的，降溫和隔氧效果均優(yōu)于表面澆灌法，覆蓋法需用大量黃土，表面澆灌法簡便易行，但漿液難以滲入矸石山內(nèi)部，會造成復(fù)燃。最后經(jīng)過比較分析及現(xiàn)場勘察，確定對本矸石山阻火工程采用注漿法，使阻火工程既經(jīng)濟(jì)快速、實(shí)施方便，又切實(shí)有效、不易復(fù)燃。

2.2 注漿參數(shù)的選擇

2.2.1 注漿方式

注漿方式按注漿管的選擇不同分為直管注漿和滲透管(花管)注漿。直管注漿漿液由注漿管端口直接注入，形成的注漿擴(kuò)散區(qū)域是球形。花管注漿即通過在鋼管管壁表面開小孔的注漿管將漿液注入，該注漿管底部端口是封閉的，漿液是通過管壁上的小孔進(jìn)入矸石堆，這種方式注入的漿液擴(kuò)散后形成的漿液擴(kuò)散區(qū)是圓柱狀的。

矸石燃燒中心的位置一般處于矸石山表面,其深度不超過3 m，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，自燃矸石山表層2.5 m厚的矸石為矸石燃燒層，矸石堆的氧氣均在該層中耗盡，下層的矸石層缺氧不能保持燃燒。所以，采用注漿阻火的方法時，采用花管注漿法處理。

2.2.2 注漿壓力與滲透半徑

漿液在矸石孔隙中的擴(kuò)散、滲透和固結(jié)的范圍，由漿液的有效擴(kuò)散半徑R所決定，在采用花管注漿時，泥漿的擴(kuò)散半徑可由以下(馬格)公式計算得到：

其中，r1為注漿管半徑，cm;K為矸石的滲透系數(shù)，cm/s;C為水的粘度，0.001 Pa·s；C1為泥漿的粘度，0.001 Pa·s；h為注漿的壓力，cm·H2O；t為漿液的凝固時間，s;η為矸石的孔隙率，%。

3 矸石山阻火注漿的實(shí)施

3.1 施工準(zhǔn)備工作

施工準(zhǔn)備工作主要包括:施工臨建搭設(shè)；施工臨時道路的整修、修建；施工場地平整；蓄水池、泥漿池的修建等。

3.1.1 蓄水池的修建

蓄水池為本工程施工的基礎(chǔ)設(shè)施，本工程擬建1個蓄水池，采用磚混結(jié)構(gòu)，尺寸6 m×3 m×1 m，容積約20 m3，施工方法為人工挖掘、修整。周邊設(shè)立圍欄并豎立安全警示牌。

3.1.2 泥漿池的修建

泥漿池是工程施工的核心設(shè)施，本工程擬建泥漿池1個，采用磚混結(jié)構(gòu)，容積約2 m3，施工方法為人工挖掘、修整，池口加蓋板，周邊設(shè)立圍欄，并豎立安全警示牌。

3.1.3 測量放線

1)孔位測放。

本工程測量放線所用儀器為全站儀和皮尺，全站儀在使用前應(yīng)經(jīng)過有關(guān)部門鑒定合格，并在鑒定有效期內(nèi)。

孔位可根據(jù)施工進(jìn)展用極坐標(biāo)法分批測放?？孜徊捎媚緲稑?biāo)識，木樁上涂紅漆，并在旁邊豎立小木牌，詳細(xì)注明其孔號、類型等?？孜粦?yīng)采取有效保護(hù)措施，鉆孔實(shí)際位置與圖紙位置之差不應(yīng)超過1 m。因地面影響，鉆孔不能放在圖紙規(guī)定位置時，可視具體情況，在業(yè)主工地代表同意之處布設(shè)孔位。

2)測量放線的檢查、驗收與保護(hù)。

測量放線采用三級檢查一級驗收制，即先由測量員進(jìn)行自檢、復(fù)測，再由質(zhì)量檢查員復(fù)檢確認(rèn)無誤，然后由項目總工審定，并報業(yè)主代表或監(jiān)理工程師進(jìn)行驗收并簽字。

3.2 阻火注漿施工

3.2.1 制漿材料的準(zhǔn)備

本工程中所采用的制漿材料由水、白灰、粘土、纖維素組成。編制材料用量計劃，按計劃提前采購，保證現(xiàn)場有一定的儲備。

3.2.2 成孔

注漿孔按單排布置，先從下游開始鉆孔。施工采用φ127 mm鉆頭開孔，鉆孔鉆至深度為1.5 m后，采用φ100 mm套管護(hù)壁，隨后采用φ89 mm鉆頭繼續(xù)取芯鉆進(jìn)，鉆至矸石層底面下1 m處終孔。

3.2.3 安放孔口管

將一端帶有φ110 mm～φ120 mm法蘭盤的φ50 mm射漿管下入距離孔底50 cm處，然后封孔，孔口以下30 cm用水泥漿封孔，下部用紅粘土填充,然后灌入石灰泥漿。

3.2.4 漿液制備

將石灰和粘土按3∶7的比例連續(xù)投入制漿機(jī)，并以一定流量加入清水，先制成20%的稀泥漿。接著導(dǎo)入泥漿池，由泥漿泵經(jīng)回流泵回泥漿池，利用泥漿回流壓力反復(fù)充分?jǐn)嚢杈鶆?。本工程配合比共分四級，各級漿液比重分別為1.13 g/cm3,1.20 g/cm3,1.30 g/cm3,1.40 g/cm3。具體配合比見表1。

表1 漿液配合比

3.2.5 漿液灌注

注漿是本工程地基處理施工的核心。施工前選擇具有代表性的區(qū)段進(jìn)行試驗，結(jié)合施工圖紙及現(xiàn)場實(shí)際，按設(shè)計要求，對施工所用的原材料、漿液配比、漿液性能指標(biāo)、注漿孔成孔及注漿施工方案、施工工藝、施工方法等進(jìn)行論證選擇，確保工程質(zhì)量。

漿液的配制及其性能指標(biāo)，必須嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計規(guī)定，把好原材料進(jìn)場質(zhì)量關(guān)，保證漿液質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

注漿前必須測量注漿孔及鄰孔孔深，施工過程中應(yīng)設(shè)專人對鄰孔孔深、串漿及地面冒漿等進(jìn)行觀測。

注漿順序：漿液由稀到稠，注入500 L后若無壓力，逐級遞增至1.40 g/cm3。當(dāng)注漿量大于或接近設(shè)計注漿量，仍不起壓時，應(yīng)在漿液里添加適量纖維素。

注漿進(jìn)行中，發(fā)生冒漿時，應(yīng)采用限流、限壓注漿并在冒漿區(qū)域夯實(shí)或添堵等方法處理；發(fā)生串漿時，應(yīng)用2臺泵對兩孔同時注漿，不得用1臺同時對兩孔注漿。

單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在注漿孔注漿的末期，泵壓逐漸升高，當(dāng)泵量小于1 L/min，孔口壓力在0.03 MPa～0.05 MPa之間時，穩(wěn)定90 min；或注漿孔周圍50 cm外有冒漿現(xiàn)象時，可結(jié)束該孔的注漿施工。

4 質(zhì)量控制措施

1)注漿過程中嚴(yán)格控制注漿有效量，防治漿液流失。

2)注漿采用漿液濃度先稀后稠的方法，稀漿的注漿時間不少于10 min。記錄注漿過程中發(fā)生的各種現(xiàn)象，收集原始數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際情況及時調(diào)整注漿量和漿液濃度。

3)漿液從開始制備至用完時間一般不超過2 h。

4)漿液每次攪拌時間不得少于3 min。

5)詳細(xì)記錄注漿孔位、壓力和壓漿量。

5 實(shí)施效果

經(jīng)過治理，矸石山表面的明煙、明火已被徹底撲滅。阻火施工前后分別對瓦斯抽放站二號擋墻墻壁上的測氣孔作了監(jiān)測，結(jié)果見表2。

表2 瓦斯抽放站二號擋墻治理前后SO2,CO監(jiān)測結(jié)果 Mg/m3

監(jiān)測結(jié)果表明，矸石山自燃產(chǎn)生的主要污染物SO2，CO，通過阻火治理，SO2，CO濃度均已基本達(dá)到GB 3095—2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的三級標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)語

1)實(shí)踐證明，如采用注漿法對矸石山進(jìn)行阻火處治，能夠達(dá)到穩(wěn)定的阻火效果。注漿施工工藝有設(shè)備簡易、操作簡單、施工安全、投資少、見效明顯、速度快等特點(diǎn)，有特別好的應(yīng)用與推廣價值。

2)為了取得顯著的工程效果，必須根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)情況結(jié)合工程特點(diǎn)的不同，設(shè)計合適的注漿材料和注漿工藝。

3)注漿阻火施工的關(guān)鍵是合理地確定注漿位置、嚴(yán)格控制注漿量和注漿壓力。

[1] 礦區(qū)工業(yè)及民用建筑采空區(qū)注漿施工工法[Z].

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On fire retardance technique in grouting of gaugue dump

Li Baoping

(ShanxiMechanizedConstructionGroupCompany,Taiyuan030009,China)

According to the reasons for the spontaneous combustion of the gaugue, the paper introduces the selection for the fire retardance technique scheme, the preparation for the seriflux, the burial of slurry pipes, construction craft for drilling and grouting steps for the grouting of the gaugue dump, illustrates the technical measures for the fire retardance for the grouting of the gaugue dump, and points out the better application and value of the technique for the treatment of the gaugue dump.

gaugue dump, grouting pressure, seriflux, proportional ratio

1009-6825(2017)21-0046-03

2017-05-16

李保平(1976- )，男，工程師

P642

A