大采深高水壓條件下礦井注漿堵水技術(shù)

（北山礦業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司，廣西 河池 547108）

1 大采深高水壓礦井概況

1.1 井下涌水的危害

礦井由于深度較深，常常穿過地下水層，當(dāng)?shù)V井防水設(shè)計及防水工作存在不足時，難免出現(xiàn)井下涌水的現(xiàn)象。當(dāng)?shù)V井中出現(xiàn)涌水的地點(diǎn)較淺、出水量較少時，可以通過排水設(shè)施排水，保證正常的礦下施工作業(yè)、人員設(shè)備安全，當(dāng)井下涌水地點(diǎn)較深、出水量大、出水壓力大的情況時，排水設(shè)施難以快速排水，不但影響正常的施工作業(yè)，對于礦井結(jié)構(gòu)而言也是非常重大的安全隱患，必須給予足夠的重視。

1.2 大采深高壓礦井突水特點(diǎn)

大采深高水壓礦井由于其自身穿透的地下水層多、礦井周圍地下水壓力大，常常出現(xiàn)出水量大、水壓力大、速度快的情況，采用傳統(tǒng)的先疏干、后采礦的效果較差，因此常常采取注漿堵水的方法來改善突水情況。

2 注漿材料研究

2.1 無機(jī)注漿材料

最早的無機(jī)注漿材料為硅酸鹽水泥，其造價較低、注漿效果較好，對于環(huán)境的污染較小，但水泥注漿材料的缺點(diǎn)是穩(wěn)定性差、漿液凝固時間長、流失嚴(yán)重。水泥注漿材料既能夠用于巖土加固，又能夠用于地下防滲。水泥注漿材料的水灰比較大，根據(jù)實(shí)際情況不同，在0.5～2.0左右，由于硅酸鹽水泥的凝結(jié)時間較快，可以在水泥注漿材料中摻入適當(dāng)?shù)乃倌齽┗蛘呔從齽瑵M足施工需求。膨潤土作為粘土中的重要成分，具有極強(qiáng)的水化能力、膨脹性和分散性，由膨潤土制成的注漿材料其沉淀析水性小，應(yīng)用較廣。

粉煤灰水泥注漿料是在水泥漿中摻入粉煤灰，由于粉煤灰價格低且具有二次水化的性質(zhì)，摻入水泥漿中可以減少水泥用量，對于降低水泥注漿材料的價格、提高注漿材料結(jié)石體的強(qiáng)度有一定的作用。

水玻璃水泥注漿材料有兩種比例，一種是水泥為主，水玻璃為輔，水玻璃起到了速凝劑的作用，其摻量為3%～5%的水泥質(zhì)量；另一種是的水玻璃比例較高，水玻璃與水泥摻量相近。水玻璃水泥注漿材料對于水壓大、水流快或者要求漿液凝結(jié)時間短、且具有一定強(qiáng)度的堵水情況適應(yīng)性較好。

2.2 有機(jī)注漿材料

聚氨酯類注漿材料在注入地下之后，能夠與水發(fā)生反應(yīng)生成聚氨酯泡沫體，對于地基加固和防滲堵漏具有明顯作用。聚氨酯類注漿材料的優(yōu)勢較多，聚氨酯類注漿材料的粘度較低、施工性能好，結(jié)石體的強(qiáng)度較高，適合在動水條件下的施工，并且對于環(huán)境污染小，耐久性能好。

丙烯酰胺類是通過主劑丙烯酰胺與過硫酸胺等引發(fā)劑組成的，其能夠完全溶于水中，相較于其他注漿材料而言，注漿施工性最好，且凝結(jié)時間能夠精確控制，從幾秒鐘至幾小時都可以實(shí)現(xiàn)。

木質(zhì)素類注漿材料包括鉻木素漿材和硫木素漿材，是通過在造紙廢液中加入固化劑形成的注漿材料。價格較為低廉，但鉻木素漿材的毒性較大，相關(guān)的研究工作已經(jīng)能夠使其從有毒降低為低毒。

3 大采深高水壓注漿技術(shù)

3.1 注漿方法

注漿的一般方法是通過注漿管將注漿液注入地下，根據(jù)實(shí)際情況選擇對于注漿液進(jìn)行加壓，如工作面預(yù)注漿法。

工作面預(yù)注漿法分為分段上行式注漿和分段下形式注漿，根據(jù)鉆孔工作的不同而區(qū)分，其中上行式注漿的鉆孔一次到位，直接鉆至設(shè)計深度，并自下而上分段注漿；分段下形式注漿是先鉆一段孔，并注漿，然后再次鉆孔和注漿，直至達(dá)到設(shè)計深度。

3.2 注漿防護(hù)工藝

注漿過程中的防護(hù)工藝對于施工人員安全、工程順利進(jìn)展都有重要意義。如設(shè)置孔口防突水裝置，在注漿前，安裝通管和壓蓋，并保證輸漿管的聯(lián)通。在注漿時依次關(guān)閉泄?jié){閥、打開孔口管、打開輸漿管閥。

3.3 鉆孔護(hù)壁工藝

鉆孔護(hù)壁可以保證鉆孔質(zhì)量。防止出現(xiàn)因孔壁出現(xiàn)剝離等現(xiàn)象而造成夾土等工程質(zhì)量問題。通常情況下，清水可以作為鉆孔的沖洗液，在破碎巖體中，出現(xiàn)局部剝落會造成鉆孔困難，嚴(yán)重時能夠卡住鉆頭，當(dāng)巖層容易剝離時，可以采取注漿護(hù)壁的工藝，保證鉆孔質(zhì)量。

3.4 注漿壓力

注漿壓力是保證注漿半徑的重要措施，由于漿液在巖土縫隙中間分布并不均勻，其漿液分布半徑由滲透系數(shù)、漿液濃度、注漿壓力以及巖土的裂縫開度等情況有關(guān)，目前注漿半徑的相關(guān)理論研究仍在進(jìn)行中，尚無確切的理論計算公式。通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來判斷，如一般取10m左右。

在注漿過程中，注漿壓力能夠使?jié){液克服阻力，達(dá)到更好的擴(kuò)散效果。在注漿過程中，注漿壓力會隨著周圍地質(zhì)情況而發(fā)生改變，可以分為初始壓力、過程壓力和終值壓力。過程壓力一般控制在1.5～2.0倍的靜水壓力，是大裂隙逐漸縮小、小裂隙開始充填的過程。終值壓力在注漿末期時的壓力，一般為2.5～3.0倍的靜水壓力，當(dāng)注漿量減少而注漿壓力升高時，應(yīng)當(dāng)保持注漿壓力一段時間，目的是將填滿的空隙進(jìn)一步壓實(shí)。當(dāng)壓力曲線明顯升高之后，標(biāo)志著注漿工作已經(jīng)接近結(jié)束。

3.5 注漿濃度

注漿漿液的濃度直接關(guān)系到漿液的可注性和結(jié)石強(qiáng)度，一般是先稀后濃，通過合理調(diào)整漿液濃度來適應(yīng)不同的裂隙。應(yīng)當(dāng)根據(jù)注漿段附近巖土的吸水性來調(diào)節(jié)注漿的濃度，對于吸水率較大的情況，可以適當(dāng)降低注漿濃度，節(jié)約注漿成本。此外，應(yīng)當(dāng)選取合適的注漿種類，如單液水泥漿與水泥水玻璃雙液漿的濃度不同。

3.6 注漿管理

注漿堵水技術(shù)管理對于注漿質(zhì)量十分重要，由于注漿工程施工周期較長、涉及專業(yè)較多、風(fēng)險也較高，必須加強(qiáng)注漿工作的管理，確保礦井的安全生產(chǎn)。必須對于注漿工程的施工技術(shù)路線、施工工藝、注漿參數(shù)進(jìn)行完善，對于注漿工程中的問題應(yīng)當(dāng)及時調(diào)整，保證注漿工作的安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理。

4 結(jié)語

注漿堵水技術(shù)關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)，由于大采深高水壓條件下礦井的水文地質(zhì)條件復(fù)雜，本文總結(jié)的大采深高水壓條件下礦井的注漿堵水技術(shù)雖不全面，但對于相關(guān)的工程人員仍具有一定的參考價值。同時，相關(guān)的研究工作仍應(yīng)繼續(xù)，相關(guān)的工程設(shè)計、施工人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)先進(jìn)技術(shù)與理念的學(xué)習(xí)，保證注漿堵水技術(shù)能夠不斷的發(fā)展與應(yīng)用。

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