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摘要:我国煤矿在开采和建设中会遇到涌水问题,往往会带来极大的危害,严重影响矿井工程进度、质量甚至矿工的人身安全。针对此种情况,注浆堵水往往成为人们解决问题的主要手段之一。目前地面注浆技术在煤矿防治水中已得到广泛应用。本文针对地面注浆堵水技术进行了概述,然后对地面注浆技术的工艺流程进行了介绍。并在最后提出了地面注浆技术的不足与预防。
关键字:地面注浆、注浆工艺、应用研究
中图分类号: TD743 文献标识码: A 文章编号:
随着矿井向深部发展,水文地质条件日趋复杂,水患已成为严重威胁煤矿生产安全的因素。目前,国内外煤矿建井工程施工中,水文地质条件复杂、底板裂隙发育、受煤层底板承压水威胁的矿井,采用地面注浆堵水的较多并且收到了不错的效果。
1、地面注浆堵水技术
地面注浆,顾名思义,是指通过地面钻孔,向目的层注浆,从而预防或者治理矿井突水一种技术。地面注浆具有不占建井工期,注浆工艺简单等优点,但是存在钻探工程量大,工期长,浆液损失严重,成本高,特别是注浆盲目性大等不足。
2、地面注浆堵水准备工作
地面注浆堵水的准备工作包括注浆孔的孔位布置、注浆站的建立、注浆材料的选择和准备等。
注浆站的建立要考虑注浆管路以及一些不可改变的外力因素。要最优化选择建立注浆站方案。注浆材料一般选用普通的硅酸盐水泥和一些速凝剂。在矿区,由于石灰岩的裂隙比较大,一般选用普通硅酸盐水泥或者膨胀水泥作为注浆的主要材料,再加入一些骨料和速凝剂等。要保证浆液在目的层中的一点范围内迅速扩散和凝固。
3、工艺流程
1、注浆孔的布置
注浆孔的布置原则:在位置上要根据工作面的地质条件、水文地质条件,突水点层位位置、地面建筑分布等条件,经过技术对比和优化确定孔位。在数量上要务必以最少工程量,达到最佳堵水目的为原则来确定孔位。
2、钻孔设计及施工
依据矿区地层情况和在满足注浆条件、注浆材料的前提下,合理设计钻孔结构。务必使钻孔在注浆结束前,保证注浆孔的稳定和通畅。
在注浆孔施工时应对注浆层位进行取芯钻进,并对岩心的裂隙进行详细记录,在钻孔下完套管后,必须进行耐压试验。在注浆孔成孔后要进行冲洗和压力试验。
3、注浆系统的建立
根据灌注材料的性质不同,可分为注骨料系统、填料系统和注浆系统。
①注骨料系统
工艺流程图如下:
②灌注材料
以2~4mm石子为主要骨料,吸水量足够大时注入一定量的瓜子石或粗砂。
在注入骨料时水、骨(体积)比5:1~10:1;射流泵能力60~80m3/h;灌注能力5~10 m3/h。
③注浆系统
(A) 注浆系统流程
本次注浆采用散装水泥、一次射流造浆、二次搅拌连续性注浆系统。该系统不仅可以减轻工人的劳动强度,而且可以满足连续注浆的需要。工艺流程见图。
(B) 注浆材料以单液水泥为主。采用425号普通硅酸盐水泥,加入适量的三乙醇胺及水玻璃。
(C) 技术参数:三乙醇胺(按水泥重量)0.05‰;食盐(按水泥重量)0.05‰;水灰(重量)比0.5:1.1~2:1;造浆能力15~20 m3/h, 水玻璃(按水泥重量)0.05~2%。
4、相关参数确定及注浆类型
在钻孔施工到注浆层位时,要根据注水试验所测定的单位吸水量确定注浆材料的种类。注浆前要再现场做配比试验,选择使用的材料配比。
按下述原则选定浆液类别和配方:
注前压水测得的单位吸水率小于1L/(min﹒m)的注浆段,一般可以采用水灰重量比为0.6:1~1:1的单液水泥浆,其性能除了随配比发生有规律的变化外,还主要决定于水泥的标号和水泥自身的特性。
注前压水测得的单位吸水率为1~3L/(min﹒m)的注浆段,一般可采用由不同配比的单液水泥浆,加适量三乙醇胺、食盐等附加剂配制的速凝早强水泥浆。
单位吸水率为3~10L/(min﹒m)的注浆段,一般可采用由不同水灰比的单液水泥浆为主,加一定百分比的水玻璃(36~40Be)配制的稠化水泥浆。
单位吸水率为10~15L/(min﹒m)的注浆段,一般可采用由不同配比的单液水泥浆与体积比为3:1~15:1的砂,以水泥浆与砂孔口混合形成的水泥砂浆。
单位吸水率为16~20L/(min﹒m)的注浆段,普通的水泥砂浆已很难收到成效,需要先注骨料(由小径到大经)待把单位吸水率降下来之后再行注浆。
当q<10~20 L/(min﹒m)时,即可进入注浆阶段。
5、注浆
通过地面注浆系统即可向目的层位注浆。
注意事项:注浆过程中要观察记录泵压、孔口压力、泵量、浆液浓度以及钻孔跑浆窜浆情况,严格控制泵压和泵量。并与矿方紧密联系,并在注浆时段时刻观察井下突水点出水量变化、有无浆液流出和注浆层位地层的稳定性变化、有无底鼓等。详细记录注浆过程以及各种参数的变化,从而及时分析注浆进展和效果,调整注浆方案。另外要把握好提钻、扫孔和注浆三个过程和程序之间的关系。
在注浆堵水过程中,首先应以矿井施工建设安全为前提,预防出现因地面注浆而产生的矿井突水事故。
5、地面注浆技术的不足与建议
地面注浆技术存在钻探工程量大,工期长,浆液损失严重,成本高,特别是注浆盲目性大等不足。
要尽可能的降低这些不足的程度,就需要在各个阶段施工严格按照施工设计技术要求。
首先在施工前要全面准确认真的分析基础资料,确定孔位是难点也是重点之一;钻探阶段,要严格按照国家规范执行,钻孔是注浆工程的通道,只有通道畅通才能够保证注浆工程的顺利进行;注浆阶段,要及时准确的观察各种参数的变化,要敏锐的察觉到注浆工程条件的变化从而调整注浆方案,保证地面注浆工程达到预期的效果,实现地面注浆技术在矿井防治水中的应用。
参考文献:
[1]方永明;煤矿水文地质分析、突水预测预报及重大特大透水灾害治理防治、救治方案设计与快速治理;中国煤炭出版社;