煤礦立井井筒不同地質(zhì)條件注漿防治水材料的應(yīng)用

王素芳

(晉城宏圣建筑工程有限公司， 山西 晉城市 048006)

在煤礦生產(chǎn)建設(shè)的全過(guò)程中，影響最為惡劣、危害最大的事故主要包括五個(gè)類(lèi)型：一是煤礦瓦斯災(zāi)害，二是煤礦火災(zāi)事故，三是煤礦礦塵災(zāi)害，四是煤礦水災(zāi)事故，五是煤礦頂板災(zāi)害。其中，又以水害對(duì)煤礦立井作業(yè)的影響最突出，甚至?xí)?duì)煤礦礦井的建設(shè)與運(yùn)行帶來(lái)極為不良的影響，因此值得關(guān)注。

1 煤礦立井井筒注漿防治水材料選取分析

1.1 案例一分析

某煤礦項(xiàng)目主副井于2005年建成并投入使用，設(shè)計(jì)礦井深度為480.0 m，設(shè)計(jì)礦井凈直徑為5.2 m。立井采取素混凝土澆筑完成，澆筑厚度控制為360.0 mm，立井井壁結(jié)構(gòu)模式為單層。在已投入使用的10余年中，受到地表水侵蝕因素的影響，導(dǎo)致該立井井筒呈現(xiàn)出了比較嚴(yán)重的漏水問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)定結(jié)果顯示，夏季降水量豐富狀態(tài)下，最高的漏水量達(dá)到了6.5 m3。與此同時(shí)，在冬季氣候下，盡管作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用暖風(fēng)爐對(duì)立井井筒進(jìn)行了連續(xù)性的供熱，但仍然存在結(jié)冰的隱患，對(duì)整個(gè)煤礦礦井作業(yè)的安全與可靠性產(chǎn)生了極為不利的影響。該煤礦立井井筒建設(shè)區(qū)域下的含水層主要表現(xiàn)為地表水，針對(duì)上述地質(zhì)水文條件，對(duì)其注漿防治水材料的選取與應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)分析與研究。

(1) 注漿防治水材料的選取。結(jié)合該煤礦立井項(xiàng)目的實(shí)際情況，為確保注漿防治水整體安全性與可靠性，所選取的注漿防治水材料為馬麗散材料。此材料具有低粘度以及高分子含量的基本特性，屬于聚亞安膠質(zhì)材料的一類(lèi)。在以高壓灌注方式對(duì)立井井筒進(jìn)行防治水處理的過(guò)程中，樹(shù)脂成分能夠與催化劑成分發(fā)生結(jié)合反應(yīng)，理化性質(zhì)明顯膨脹，在外力高壓推擠作用的影響下，直接深入到煤礦立井井筒表面的混凝土裂縫或者是煤巖層內(nèi)部，借助于此種方式，可以確保作用區(qū)域內(nèi)的裂縫、裂隙得到充分的填實(shí)。在對(duì)立井井筒表面裂隙進(jìn)行封堵的過(guò)程中，馬麗散注漿防治水材料的基本抗壓指數(shù)維持在25.0～38.0 MPa范圍之內(nèi)(在不含水的初始狀態(tài)下)。但一旦遭遇水分，會(huì)導(dǎo)致此類(lèi)注漿防治水材料呈現(xiàn)出明顯的關(guān)聯(lián)反應(yīng)，形成膨脹，引發(fā)二次滲壓(相對(duì)于一次滲壓而言，二次滲壓狀態(tài)下的膨脹倍數(shù)可達(dá)到20倍以上)。二次滲壓配合高壓推力，直至將馬麗散全部填充至立井井筒縫隙內(nèi)部，此狀態(tài)下的抗壓系數(shù)可達(dá)到25.0 MPa左右，防治水效果突出。

(2) 注漿防治水材料的特點(diǎn)。本工程所選取的注漿防治水材料馬麗散表現(xiàn)出了如下的應(yīng)用特點(diǎn)：第一，成品化：馬麗散有較高的分子含量，現(xiàn)階段主要以塑料桶進(jìn)行分裝，且每桶重量多在30.0 kg以內(nèi)。因此在運(yùn)輸方面相對(duì)便捷，使用前無(wú)需對(duì)其進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理；第二，經(jīng)濟(jì)性：由于在此種方案下，相關(guān)設(shè)備以及原料的運(yùn)輸比較方便，能夠一次到位展開(kāi)施工，避免對(duì)灌注管道的敷設(shè)工作，降低了成本開(kāi)支；第三，壽命長(zhǎng)：馬麗散抗壓性能突出，能夠有效抵抗地層運(yùn)動(dòng)力，加上其膨脹反應(yīng)迅速，可達(dá)到縮短施工周期的目的，對(duì)保障煤礦作業(yè)安全性而言價(jià)值突出。

1.2 案例二分析

某煤礦項(xiàng)目礦井開(kāi)拓方式為立井開(kāi)拓，中央并列式通風(fēng)。煤礦礦井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)共設(shè)置有主井、副井、風(fēng)井。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定數(shù)據(jù)顯示，立井井筒的深度為920.5 m，井筒凈直徑參數(shù)為6.8 m。前期地質(zhì)勘查資料顯示，該立井井筒建設(shè)區(qū)域內(nèi)的主要巖體結(jié)構(gòu)包括粗砂巖、細(xì)砂巖、中砂巖、含礫粗砂巖以及石灰?guī)r這幾個(gè)類(lèi)型。立井井筒作業(yè)區(qū)域的表土層厚度為465.0 m，施工方案確定為凍結(jié)法作業(yè)。凍結(jié)法施工過(guò)程中，對(duì)于凍結(jié)深度的控制為535.0 m，同時(shí)，立井井筒基巖段的施工方法為鉆爆法施工。與此同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：在煤礦立井井筒的實(shí)際施工過(guò)程當(dāng)中，共涉及到8個(gè)含水巖層，涌水量較預(yù)估數(shù)值大3～7倍。其中，單位時(shí)間內(nèi)，涌水量最大的為2#煤頂板砂巖，平均每小時(shí)的涌水量達(dá)到了108.0 m3(見(jiàn)表1)。由于基巖段的含水層埋深較大，采取地面預(yù)注漿法治水效果并不明顯，因此決定選取工作面預(yù)注漿與壁后注漿相結(jié)合的方式進(jìn)行治水。針對(duì)涌水量達(dá)到108.0 m3的含水層，采取工作面預(yù)注漿法堵水，待井筒通過(guò)含水層后，對(duì)其實(shí)施壁后注漿堵水。

表1 基本地質(zhì)情況及其涌水量

(1) 注漿防治水材料的選取。結(jié)合該煤礦立井項(xiàng)目的實(shí)際情況，為保障防治水性能，選取粉煤灰作為主要的注漿防治水材料。在選取粉煤灰作為注漿防治水材料的基礎(chǔ)上，還需要就粉煤灰材料與水泥材料之間的配合比問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)研究，以保障所配置而成的混合漿液能夠具有穩(wěn)定的凝固強(qiáng)度，確保對(duì)立井井筒滲漏水防治的可靠性。一般來(lái)說(shuō)，需要通過(guò)試驗(yàn)的方式，在不斷增加粉煤灰滲入比例的過(guò)程當(dāng)中，觀察試塊在抗壓強(qiáng)度、凝固時(shí)間(包括初凝時(shí)間、以及終凝時(shí)間在內(nèi))方面的變化。結(jié)合相關(guān)的資料數(shù)據(jù)，本文將粉煤灰材料在粉煤灰與水泥材料配合形成混合漿液當(dāng)中的比例控制為20%。

(2) 注漿防治水材料的特點(diǎn)。對(duì)于粉煤灰而言，由于其具有良好的流動(dòng)性，因此可確保在應(yīng)用于注漿防治水過(guò)程中高度可注。同時(shí)，由于粉煤灰的粘度能夠得到合理的控制，不會(huì)出現(xiàn)漿液流動(dòng)難度大的問(wèn)題，因此可確保粉煤灰及時(shí)且充分的深入立井井筒表面裂縫、裂隙當(dāng)中。與此同時(shí)，在水灰比控制為恒定狀態(tài)的情況下，相對(duì)于常規(guī)意義上的水泥漿液來(lái)說(shuō)，粉煤灰注漿材料漿液結(jié)實(shí)率明顯較高，這說(shuō)明所制備而成的漿液材料在保水性能方面突出，對(duì)不良地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)。通過(guò)工作面預(yù)注漿措施以及分段壁后注漿措施的落實(shí)，在井筒建成后，含水層總涌水量自原有232.35 m3/h降低至5.13 m3/h，堵水率達(dá)到了97.79%，注漿堵水效果顯著。

2 煤礦立井井筒注漿防治水材料的應(yīng)用技術(shù)分析

無(wú)論是馬麗散注還是粉煤灰,注漿防治水材料在實(shí)際的施工過(guò)程當(dāng)中，對(duì)于相關(guān)設(shè)備的依賴(lài)度較小，通過(guò)混合槍與專(zhuān)用泵的相互配合，即能夠達(dá)到良好的注漿防治水效果。在具體的施工過(guò)程當(dāng)中，可以按照如下方式展開(kāi)施工作業(yè)：

第一步，完成對(duì)注漿孔位的設(shè)計(jì)與記號(hào)工作；

第二步，按照前期所確定的注漿孔孔位，進(jìn)行打孔作業(yè)，在打孔作業(yè)的實(shí)施過(guò)程當(dāng)中，要求將鉆孔直徑嚴(yán)格控制在42.0 mm范圍之內(nèi)，與之相對(duì)應(yīng)的深度及傾角則需要結(jié)合實(shí)際情況作出規(guī)定；

第三步，需要將專(zhuān)用泵裝置以及相關(guān)的附屬配件組裝好，同時(shí)對(duì)注射槍進(jìn)行固定處理；

第四步，開(kāi)始對(duì)打孔孔位進(jìn)行注漿作業(yè)，具體實(shí)施過(guò)程當(dāng)中，需要將注漿防治水原料的吸料管插入原料當(dāng)中，活塞在氣馬達(dá)的帶動(dòng)作用下使得其所吸附的原料能夠以活塞為載體，傳遞至輸料管，并進(jìn)一步傳遞至注射槍?zhuān)瑢⒆{防治水材料注入地層內(nèi)部；

第五步，停止注漿作業(yè)，并對(duì)注漿傳輸管路以及混合槍裝置進(jìn)行清洗處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

為了能夠達(dá)到防治水害的目的，就需要在煤礦立井井筒現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的實(shí)施過(guò)程中，結(jié)合不同的地質(zhì)條件，選取綜合性能最佳的注漿防治水材料，并將其成功應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)施工中。針對(duì)這一問(wèn)題，本文以不同地質(zhì)條件相關(guān)案例的方式，就注漿防治水材料應(yīng)用過(guò)程中的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析總結(jié)，希望能為后續(xù)相關(guān)研究與實(shí)踐工作的開(kāi)展提供參考與幫助。

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