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        礦井防治水之注漿

        2017-10-19 19:49:39陳丹
        中國(guó)科技縱橫 2017年17期
        關(guān)鍵詞:防治水礦井注漿

        陳丹

        摘 要:礦井防治水是保障礦井安全建設(shè)和生產(chǎn)的重要手段。防治水方法主要有:注漿法和凍結(jié)法,這兩種方法都屬于井筒特殊施工法,本篇主要介紹注漿法。

        關(guān)鍵詞:礦井;防治水;注漿;礦井建設(shè)

        中圖分類號(hào):TD74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-2064(2017)17-0182-02

        1 注漿的定義

        注漿堵水是指將注漿材料制成漿液,壓人地下預(yù)定位置,使其擴(kuò)張固結(jié)、硬化,起到堵水截流,加固巖層和消除水患的作用。從定義中就可以看出注漿的目的即是為了堵水,為了保障在礦井建設(shè)和生產(chǎn)中安全生產(chǎn)。

        2 注漿的分類

        按照注漿的流程和方式等,注漿可以分為:地面預(yù)注漿、工作面注漿、壁后注漿。采用何種方法注漿要根據(jù)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、工程工期、所采用的設(shè)備能力和經(jīng)濟(jì)合理性等因素決定。

        2.1 地面預(yù)注漿

        即在井筒建設(shè)前預(yù)先參照水文地質(zhì)資料從地面布置注漿孔進(jìn)行注漿,以此形成以井筒中心為半徑的圓形(理想形狀)隔水帷幕,達(dá)到永久堵水的目的,保障礦井建設(shè)和生產(chǎn)的安全。當(dāng)含水層且層間距不大時(shí),宜采用地面預(yù)注漿,但因其鉆孔深度大、孔斜控制要求高、對(duì)注漿設(shè)備和技術(shù)要求高,用此法注漿時(shí)工程費(fèi)用較高。

        (1)當(dāng)分段進(jìn)行注漿時(shí),可采用上行式注漿、下行式注漿或上行與下行混合式注漿。注漿施工一般有以下兩種施工方案:1)全直孔方案:此方案以井筒中心為半徑的圈徑上布置注漿孔施工即可。一般不與凍結(jié)、鑿井平行作業(yè)時(shí)采用此方案。直孔施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單,施工費(fèi)用較低,風(fēng)險(xiǎn)較小,安全可靠。2)直孔—S孔方案:此方案內(nèi)圈為直孔,外圈為S孔,在施工時(shí)先施工內(nèi)圈直孔,施工完畢后把施工場(chǎng)地閑置出留給凍結(jié)和鑿井單位,再施工外圈S孔。一般與凍結(jié)、鑿井平行作業(yè)時(shí),采用此方案施工。與凍結(jié)、鑿井可平行作業(yè),縮短建井工期。但S定向孔施工較復(fù)雜,技術(shù)難點(diǎn)多,施工費(fèi)用較高,存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。隨著我國(guó)定向技術(shù)的發(fā)展,在施工中采用隨鉆定向、無(wú)線定向、陀螺儀定向及螺桿鉆具糾斜等技術(shù),一般均能達(dá)到定向施工要求。

        (2)注漿孔的要求。1)預(yù)注漿孔的數(shù)量一般為3—8個(gè)。2)孔位距井筒荒徑應(yīng)大于1米,鉆孔應(yīng)在相同的注漿深度內(nèi)呈相對(duì)均勻分布狀態(tài)。3)注漿孔的深度應(yīng)超過(guò)所注含水層底板以下10米,當(dāng)井筒底部位于含水層時(shí),終孔的深度應(yīng)超過(guò)井筒底部10米。4)注漿鉆孔每隔40米應(yīng)測(cè)斜1次,鉆孔的偏斜率不應(yīng)大于0.5%,注漿鉆孔的落點(diǎn)在相同的注漿深度。5)注漿孔與凍結(jié)孔的最小距離應(yīng)大于6米。6)需凍結(jié)段與注漿段交叉共同封水時(shí),其交叉段長(zhǎng)度要大于15米。7)需直孔注漿段與S孔交叉段共同封水時(shí),其注漿封水交叉段長(zhǎng)度要大于10米。

        (3)注漿段高的劃分。

        如表1。

        (4)地面預(yù)注漿準(zhǔn)備工作。1)注漿孔鉆成后,應(yīng)用清水沖孔,并應(yīng)直至返清水為止,當(dāng)裂隙小且沖孔效果不好時(shí),應(yīng)采用抽水洗孔。2)整個(gè)注漿管路系統(tǒng)壓水試驗(yàn)的壓力宜為注漿終壓的1.2倍~1.5倍,試壓的持續(xù)時(shí)間要不少于15min。3)對(duì)鉆孔進(jìn)行壓水試驗(yàn),應(yīng)檢查止?jié){塞的密封效果和測(cè)量鉆孔的吸水量,并應(yīng)作為確定漿液品種、配比或濃度、泵壓、泵量的依據(jù)。4)正常注漿段壓水時(shí)間宜為10min~20min;復(fù)注注漿段壓水時(shí)間宜為20min~30min;流量應(yīng)由小逐漸增大,應(yīng)選擇2個(gè)~3個(gè)壓力值的流量,每個(gè)壓力值壓水時(shí)間不應(yīng)少于10min。

        (5)地面預(yù)注漿終壓值。1)巖帽段注漿終壓值應(yīng)大于靜水壓力值的1.5倍。2)注漿段水泥和水泥-水玻璃漿液的注漿終壓值應(yīng)為靜水壓力值的2倍-4倍。3)注漿段黏土-水泥漿注漿終壓值:對(duì)孔深小于或等于400m的注漿段終壓值,應(yīng)為靜水壓力值的2.5倍~3倍;對(duì)孔深大于400m的注漿段終壓值,應(yīng)為靜水壓力值的2倍~2.5倍。

        (6)地面預(yù)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。1)單液水泥漿:當(dāng)終量為50L/min~100L/min及注漿壓力達(dá)到終壓時(shí),繼續(xù)以同樣壓力注入較稀的漿液20~30min后,即可結(jié)束該段的注漿工作。2)粘土-水泥漿:當(dāng)終量小于250L/min及注漿壓力達(dá)到終壓時(shí),經(jīng)穩(wěn)定20~30min后,即可結(jié)束該段的注漿工作。3)水泥-水玻璃漿:當(dāng)終量為100L/min~120L/min及注漿壓力達(dá)到終壓時(shí),經(jīng)穩(wěn)定20~30min后,即可結(jié)束該段的注漿工作。

        2.2 工作面注漿

        一般指掌子面注漿,即對(duì)開(kāi)挖面前方土體進(jìn)行注漿加固。當(dāng)井筒穿過(guò)的基巖含水層賦存較深,或含水層間距較大,中間又良好隔水層,宜采用工作面注漿法施工。此注漿法較為節(jié)省鉆孔工程量和工程工期。工作面注漿可分為工作面預(yù)注漿或工作面直接堵漏兩種方法。

        2.2.1 注漿控制要點(diǎn)

        (1)工作面預(yù)注漿的段高一般為30m~50m.

        (2)直接堵漏注漿孔的深度應(yīng)始終超前掘進(jìn)進(jìn)尺2m以上。

        (3)工作面預(yù)注漿的深度大于700m時(shí),其注漿段黏土-水泥漿液終壓值應(yīng)為靜水壓力值的1.5倍~2倍,其他時(shí)候的終壓值與地面預(yù)注漿相同。

        (4)直接堵漏注漿終壓值宜大于或等于靜水壓力的2倍~4倍。

        2.2.2 工作面注漿的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

        (1)工作面預(yù)注漿的注漿孔的注漿壓力達(dá)到終壓且注入量應(yīng)小于30L/min~40L/min。

        (2)直接堵漏注漿時(shí),各鉆孔的涌水已封堵、無(wú)噴水,且涌水量應(yīng)小于施工設(shè)計(jì)規(guī)定。

        2.3 壁后注漿

        指襯砌施工完畢后對(duì)襯砌和圍巖、初支和二襯之間的空隙進(jìn)行補(bǔ)充注漿,填充之間的空隙。當(dāng)井筒深度小于600m,涌水量超過(guò)6m3/h 、井筒深度大約600m,涌水量超過(guò)10m3/h 時(shí)宜采用壁后注漿。

        2.3.1 壁后注漿控制要點(diǎn)

        (1)注漿段壁后為沖擊層時(shí),注漿孔的深度應(yīng)小于井壁厚度200mm;雙層井壁,注漿孔應(yīng)穿過(guò)內(nèi)層井壁進(jìn)入外層井壁,進(jìn)入外層井壁深度不應(yīng)大于100mm。endprint

        (2)漏水的井壁段壁后為含水巖層時(shí),注漿孔宜進(jìn)入巖層1m以上。

        (3)壁后注漿的壓力值應(yīng)大于靜水壓力0.5Mpa~1.5 Mpa,在巖石裂隙中的注漿壓力可適當(dāng)提高。

        (4)井筒進(jìn)行鉆孔注漿作業(yè)時(shí),作業(yè)點(diǎn)下方不得有人。

        2.3.2 壁后注漿的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

        (1)注漿孔的注漿壓力達(dá)到終壓。

        (2)各鉆孔的涌水已封堵、無(wú)噴水,且涌水量應(yīng)小于施工設(shè)計(jì)規(guī)定。

        3 注漿材料

        (1)主要注漿材料選擇黏土、水泥、水玻璃,輔助添加劑選擇三乙醇胺、工業(yè)鹽等。注漿應(yīng)采用普通硅酸鹽水泥,強(qiáng)度等級(jí)不低于32.5;水玻璃模數(shù)應(yīng)為2.4~3.4,密度1.368×103kg/m3~1.465×103kg/m3;黏土塑性指數(shù)不應(yīng)小于10,粒徑不小于0.005mm的粘粒含量不應(yīng)低于25%,含砂量不應(yīng)大于5%,有機(jī)物含量不應(yīng)大于3%。

        (2)注漿漿液分類:注漿漿液可分為單液水泥漿、水泥—水玻璃漿、黏土水泥漿、化學(xué)漿液,實(shí)際操作時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)資料、水文資料以及實(shí)際施工情況來(lái)選擇漿液品種。

        4 漿液注入量及注漿材料計(jì)算:

        4.1 計(jì)算公式

        Q=Aπ(R+r)2HnB/m

        式中:Q— 漿液注入量(m3);

        A—漿液消耗系數(shù)(取1.2~1.5);

        R—漿液有效擴(kuò)散距離(m);

        r—注漿孔布置圈半徑(m);

        H—注漿段高(m);

        n—巖層平均裂隙率(%);

        B—漿液充填系數(shù)(取0.9~0.95);

        m--漿液結(jié)石率(取0.5~0.85)

        4.2 計(jì)算方法

        水泥:?jiǎn)我核酀{,固管段按水灰比0.6:1計(jì)算,1m3漿液需水泥1.10t,巖帽注漿段按0.75:1計(jì)算,1m3漿液需水泥0.95t,粘土水泥漿按1m3漿液需水泥200kg計(jì)算。

        粘土:按所需粘土水泥漿體積30%計(jì)算,粘土密度取1.95t/m3。

        水玻璃:按1m3粘土水泥漿需水玻璃30kg計(jì)算,水玻璃密度取1.4t/m3。

        工業(yè)鹽和三乙醇胺:按單液水泥漿中水泥用量的0.5%和0.05%計(jì)算。endprint

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