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        工作面預(yù)注漿技術(shù)在大斷層含水破碎帶中的應(yīng)用

        2019-12-23 11:46:42楊萬(wàn)召陳思如張京濤
        采礦技術(shù) 2019年6期
        關(guān)鍵詞:施工

        楊萬(wàn)召,陳思如,張京濤

        工作面預(yù)注漿技術(shù)在大斷層含水破碎帶中的應(yīng)用

        楊萬(wàn)召1,陳思如2,張京濤1

        (1.山東黃金集團(tuán)焦家金礦,山東 萊州縣 261441;2.山東黃金集團(tuán)新城金礦,山東 萊州縣 261441)

        焦家金礦某巷道施工過(guò)程中,為了使巷道安全順利通過(guò)大涌水、巖石破碎地段,現(xiàn)場(chǎng)采用了工作面預(yù)注漿和化學(xué)注漿等一系列的關(guān)鍵技術(shù)工藝,節(jié)省排水和支護(hù)費(fèi)用60萬(wàn)元/a,解決了大斷層破碎帶涌水問(wèn)題,避免了巷道與深部裂隙水貫通,也解決了在復(fù)雜水文地質(zhì)條件下施工中掘進(jìn)工作中的不安全隱患,可為我國(guó)巷道工作面預(yù)注漿技術(shù)過(guò)大斷層含水破碎帶提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

        工作面預(yù)注漿;大斷層;含水破碎帶;礦壓顯現(xiàn)

        1 工程地質(zhì)水文情況

        焦家金礦某巷道是連接焦家分礦和寺莊分礦兩個(gè)礦區(qū)的運(yùn)輸通道,該巷道巖石硬度系數(shù)=6~12,松散系數(shù)1.6,礦巖體重2.68 t/m3。在巷道掘進(jìn)過(guò)程中,多次出現(xiàn)大范圍出水,在施工過(guò)程中曾出現(xiàn)300 m3/h大量出水,因?yàn)樵摰貐^(qū)未進(jìn)行地質(zhì)勘探,難以確定該區(qū)域的水文地質(zhì)情況,因此需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)勘[1]。

        2017年8月20日,巷道迎頭周邊基本上沒(méi)有水,但在巷道后方多處出現(xiàn)淋水點(diǎn)。采用浮標(biāo)法測(cè)其整個(gè)巷道涌水量為500 m3/h。

        2017年8月30日,迎頭水量增大,采用浮標(biāo)法水量為560 m3/h。隨著工程的掘進(jìn)水量有增大的趨勢(shì)。

        根據(jù)施工前情況,該巷道巖溶和巖溶水發(fā)育異常。該巷道位于焦家分礦運(yùn)輸大巷,運(yùn)輸大巷承擔(dān)著整個(gè)焦家分礦深部礦毛運(yùn)輸,是整個(gè)礦山咽喉的部位。該巷道富水區(qū)大量排水將會(huì)引起焦家分礦運(yùn)輸癱瘓,排水費(fèi)用增大,施工難度增加,也可能引起局部人員財(cái)產(chǎn)損失。為了減少該巷道施工通過(guò)運(yùn)輸巷道及其周?chē)h(huán)境的影響。針對(duì)該巷道高壓富水區(qū)采取了“工作面預(yù)注漿工藝,限制水排放”的施工原則[2]。

        2 方案措施

        2.1 注漿方案的確定

        (1)采用探水注漿方案:利用YQ-100B潛孔鉆進(jìn)行超前探水,采用以長(zhǎng)探為主、短探為輔的方式進(jìn)行探水注漿堵水。

        (2)為了加快速度,工作面可以同時(shí)支撐2個(gè)鉆機(jī)和2個(gè)灌漿機(jī)。

        (3)逢掘必探,但鉆孔無(wú)水或水量小于2 m3的可不注漿[3]。

        (4)可先在中心位置打一個(gè)探水鉆孔,若見(jiàn)水,再向兩幫和四角加孔。無(wú)水時(shí),中心位置鉆孔可作為掏槽孔的自由面。

        (5)鉆孔時(shí)記錄清楚??吹剿懦龊螅M(jìn)行注漿,然后重復(fù)施工,再次繼續(xù)鉆孔。

        (6)破碎裂隙發(fā)育地段,頂板加密鉆孔。同時(shí)漿液變稀,并改用無(wú)極變速注漿機(jī),使?jié){液充分填進(jìn)裂隙。相當(dāng)于砌碹,可增加圍巖穩(wěn)固性,也可做到破碎地段不支護(hù)U型鋼。

        (7)工作面提前注漿,一是能有效治理后期出水,二是增加圍巖的穩(wěn)定性。減少了支護(hù)成本,不僅少用了U型鋼,而且后期噴漿施工過(guò)程中噴漿料不反彈或少反彈(因?yàn)轫敯逵兴畤姖{料不粘)。

        2.2 注漿孔布置

        鉆孔布置按工程所處的區(qū)域而定,分正常地段和特殊地段2種。

        正常地段:采用長(zhǎng)探方式進(jìn)行超前探水,一個(gè)探水回次布置8個(gè)探水鉆孔,首先沿巷道掘進(jìn)方向布置探水鉆孔,主要是檢測(cè)施工方向的前方,孔深設(shè)計(jì)為50 m;一個(gè)探水鉆孔與正方向鉆孔上傾角度20°~30°,設(shè)計(jì)孔深50 m,探測(cè)頂板上方;一個(gè)探水鉆孔與正方向鉆孔下傾角度20°~30°,設(shè)計(jì)孔深50 m,探測(cè)巷道底板下方。若有水,再向兩幫加孔。

        特殊地段:迎頭前方頂板破碎,裂隙,淋水點(diǎn)較多區(qū)域,增加了短距離勘探。采用長(zhǎng)距離勘探和短距離勘探相結(jié)合的方式進(jìn)行工作面超前探水,并設(shè)置了1個(gè)探水工作面,工作面設(shè)有5個(gè)探水孔。深孔布置在掌子面的中心位置[4?5],方位與巷道的軸線一致,沿巷道掘進(jìn)方向施工,主要是檢測(cè)巷道施工方向的正前方含水情況,設(shè)計(jì)孔深為50 m;其余鉆孔布置在掌子面四周,與巷道中心線夾角30°左右,主要探測(cè)掌子面周?chē)?,設(shè)計(jì)孔深5 m,若破碎裂隙發(fā)育地段,也可在頂板增加4~8個(gè)深鉆孔進(jìn)行注漿,填充裂隙,起到砌碹的作用,加強(qiáng)支護(hù)。鉆孔布置參見(jiàn)圖1。

        圖1 現(xiàn)場(chǎng)鉆孔布置

        2.3 注漿材料

        通過(guò)桶式攪拌機(jī)攪拌漿料[6]。將漿料均勻攪拌,然后送入漿料罐。漿液配置見(jiàn)表1。

        2.4 注漿工藝

        使用分段注漿工作面過(guò)程中,鉆一段長(zhǎng)度,根據(jù)鉆孔出水程度采用相應(yīng)的注漿方法。在確定漿料初始濃度時(shí),根據(jù)壓力變化及時(shí)控制泵輸送量,調(diào)節(jié)漿料濃度和凝固時(shí)間,并重新調(diào)整壓力值。在達(dá)到最終壓力和最終量之前避免出現(xiàn)大的波動(dòng),并穩(wěn)定超過(guò)20 min。在注漿過(guò)程中,當(dāng)注入一定濃度的漿料20~30 min時(shí),漿料濃度不降低或壓力不升高,應(yīng)相應(yīng)地增加等級(jí)漿料濃度。當(dāng)漿液濃度提高到水灰比0.6:1仍未看到增壓時(shí),應(yīng)更換雙漿液。在水壓試驗(yàn)中,當(dāng)泵容量達(dá)到60 L/min且泵壓仍然很低或沒(méi)有壓力時(shí),應(yīng)改變注漿材料,將其改為雙液漿。如果壓力迅速上升,減少也很快,應(yīng)當(dāng)更換漿料濃度,通常持續(xù)20 min,并在達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)完成注漿。在完成孔管的耐久性試驗(yàn)后,按照施工順序依次進(jìn)行施工,并用100 mm鉆頭依次施工灌漿孔。在灌漿孔施工期間,如果鉆孔中的水量達(dá)到5 m3/h,則立即停止施工,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況決定是否拔出鉆頭[7?8],然后關(guān)閉閥門(mén),將注漿管連接到注漿罐中,注漿完畢,進(jìn)行清掃繼續(xù)鉆孔,重復(fù)上述操作,直至鉆到設(shè)計(jì)深度。如果鉆孔中的水量小于5 m3/h,則直接鉆到設(shè)計(jì)深度,然后反復(fù)注漿,以達(dá)到規(guī)定的治水標(biāo)準(zhǔn)。

        2.5 注漿參數(shù)

        灌漿參數(shù)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)加固范圍和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)選擇。本段加固范圍為工作面前方50 m,主要參數(shù)見(jiàn)表2。

        表1 漿液配制

        表2 主要參數(shù)

        2.6 注漿順序

        攪拌系統(tǒng)攪拌漿料之后,通過(guò)注漿泵,漿料管和注漿管將漿料注入巖層中。接通漿液管路→加壓試驗(yàn)→灌漿加壓→水沖洗管路→拆卸和灌漿泵→檢查注漿質(zhì)量。

        3 注漿效果

        2017年12月6日至12月16日,對(duì)巷道的整個(gè)工作面進(jìn)行提前預(yù)注漿技術(shù),歷時(shí)10 d,注漿工作全部完成后,現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)巖溶裂隙水完全堵塞,阻水效果非常好。在隨后的開(kāi)挖中,巖壁干燥無(wú)水,有效堵塞了裂縫水,斷裂帶封堵明顯增強(qiáng)。效果對(duì)比見(jiàn)圖2,實(shí)踐證明,采用全斷面工作面預(yù)注漿堵水的治水方案是可行的,具有可靠的借鑒意義。

        圖2 工作面注漿效果對(duì)比

        3 結(jié) 論

        該巷道工程穿過(guò)含水?dāng)鄬悠扑閹?,揭露范圍較大,裂隙發(fā)育且含水量大,多次出現(xiàn)單點(diǎn)涌水量大于200 m3/h,給巷道施工造成了較大影響,是該巷道施工的最大難點(diǎn)。為此,工程技術(shù)人員通過(guò)全面研究和實(shí)踐,利用工作面預(yù)注漿和一系列相關(guān)配套關(guān)鍵技術(shù),在保證安全的前提下,為了快速通過(guò)含水破碎帶,對(duì)巷道進(jìn)行工作面預(yù)注漿技術(shù)。實(shí)踐表明,該技術(shù)的應(yīng)用不僅起到了堵水、加固、充填裂隙的作用,而且增加了破碎圍巖的自身強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性。

        (1)本次工作面預(yù)注漿工程共施工鉆孔8個(gè),總進(jìn)尺520 m,注水泥120 t,注砂100 m3,注水玻璃15 t。

        (2)本次注漿堵水施工過(guò)程中雖然跑漿,但是跑漿量仍然是少數(shù),估計(jì)不超過(guò)10%;工作面預(yù)注漿之后巷道不僅巖石相對(duì)穩(wěn)固,涌水基本消失,節(jié)省排水以及支護(hù)費(fèi)用60萬(wàn)元/a。

        [1] 邱 剛,陳 哲,徐 波.井壁加固技術(shù)在立井井筒工作面預(yù)注漿中的應(yīng)用[J].山東煤炭科技,2015(4):12-14.

        [2] 唐素芳.隧道全斷面注漿治水施工技術(shù)[J].西南公路.

        [3] 孫祥德,陳燦亭,何振偉.立井井筒工作面預(yù)注漿施工技術(shù)[J].科技信息(科學(xué)教研).

        [4] 楊永華.新田煤礦回風(fēng)斜井巖溶治理[J].經(jīng)營(yíng)管理者.

        [5] 張紹秋.大梁山隧道全斷面注漿技術(shù)探析[J].中國(guó)水運(yùn)(下半月).

        [6] 王全勝,李治國(guó),鄒 翀,劉澤民.圓梁山隧道全斷面注漿技術(shù)[J].鐵道建筑.

        [7] 李萬(wàn)濤,閆滿志,劉天林,王 磊.田興鐵礦斜坡道東硐口反向掘進(jìn)技術(shù)研究[J].河北冶金.

        [8] 熊?chē)?guó)清,郭雙揚(yáng),緱鵬飛.淺談導(dǎo)水?dāng)鄬庸ぷ髅骖A(yù)注漿在龍泉煤礦北一回風(fēng)大巷中的應(yīng)用[J].建井技術(shù).

        (2019-03-04)

        楊萬(wàn)召(1993—),男,山東萊州人,采礦助理工程師,學(xué)士,主要從事采礦工程方面研究工作,Email:lixiao- fei1987@163.com。

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