注漿法在AT天井鉆機施工中處理空洞的應(yīng)用

趙景博,杜 飛

(1.山東黃金礦業(yè)股份有限公司, 山東萊州市 261400;2.山東黃金礦業(yè)股份有限公司三山島金礦, 山東萊州市 261442)

注漿法在AT天井鉆機施工中處理空洞的應(yīng)用

趙景博1,杜 飛2

(1.山東黃金礦業(yè)股份有限公司, 山東萊州市 261400;2.山東黃金礦業(yè)股份有限公司三山島金礦, 山東萊州市 261442)

介紹了注漿法在新立礦區(qū)倒段風(fēng)井工程施工中處理空洞的應(yīng)用,詳細闡述了小斷面注漿凝固法的工藝流程及應(yīng)用效果。采用水泵單向閥、鉆頭裝堵頭、聯(lián)合注漿的方法,處理了 5.3 m3左右的空洞,為后續(xù)工程施工處理空洞積累了寶貴的經(jīng)驗。

注漿法;天井鉆機;空洞處理

三山島金礦新立礦區(qū)是我國第一個進行海底采礦的硬巖礦山。礦區(qū)中巖石質(zhì)地很不均勻,閃長巖和花崗巖交錯分布,為了有效的降低井下施工作業(yè)中的強度,嘗試采用與湖南有色重型機器有限責(zé)任公司聯(lián)合開發(fā)的天井鉆機進行掘進試驗。試驗過程中,由于該礦區(qū)施工風(fēng)井工程中交錯分布的巖石層之間穿插著破碎帶,容易導(dǎo)致偏鉆,影響偏斜率,并且容易導(dǎo)致反碴不正常。因此,在施工過程中,采用小斷面注漿凝固的方法來處理巖層之間的破碎帶,將空洞充填完整,使掘進試驗正常的進行下去。在這類天井鉆機的施工中,采用注漿法處理空洞的方法是解決巖石破碎問題的 1種創(chuàng)新,并且取得了良好的效果,對以后在該類巖石施工中處理空洞有良好的指導(dǎo)意義。

1 工程施工概況

新立礦區(qū)的工程地質(zhì)條件為花崗巖,其主要的組成為正長石、石英。該段風(fēng)井工程的巖石硬度相當(dāng)大,風(fēng)井?dāng)嗝嬉草^小,故采用 AT天井鉆機進行施工,主要使用下行上擴法。該風(fēng)井工程的全長為155 m,其中導(dǎo)硐的直徑為 250 mm,風(fēng)井傾角為 90°,斷面為 0.049 m2,于 2010年 8月 25日開始動鉆。該段巖石的完整性較好,但局部發(fā)育不好,-185～-202 m為巖石破碎帶,尤其是在 -194 m和 -195 m處存在較大的空洞,AT1500天井鉆機在此反碴作業(yè)中形成渦流。根據(jù)該段巖石破碎、斷面小等特點,采用小斷面注漿凝固的方法進行處理。

2 注漿法在風(fēng)井工程施工中的應(yīng)用

2.1 施工工藝流程

在天井鉆機鉆進導(dǎo)硐過程中,如遇特殊情況經(jīng)判斷存在破碎帶時,應(yīng)停止鉆進,用清水泵抽出小導(dǎo)硐內(nèi)的水,使導(dǎo)硐內(nèi)存在的砂子狀碴自然沉降。然后將注漿管插入地層,將配置好的漿液注至預(yù)定的深度,再在自然狀態(tài)下養(yǎng)護數(shù)天,待一切正常后繼續(xù)開鉆。導(dǎo)硐施工結(jié)束后,進行擴刷施工。注漿法在天井鉆機施工中處理空洞的工藝流程見圖1。

圖1 注漿法在天井鉆機施工中處理空洞工藝流程

2.2 具體施工

天井鉆機順利施工 -320～-400 m中段 85.1 m倒段風(fēng)井之后,決定嘗試 155 m長距離風(fēng)井掘進試驗。其中,天井鉆機的工作硐室在設(shè)計過程中充分考慮其實用性,其設(shè)計規(guī)格為長 10 m,寬 6 m,高3.8 m,底板平整,并鋪設(shè)軌距 600 mm的軌道,軌道至孔位中點處預(yù)留地腳螺栓孔位,硐室頂板要求平整,無松動巖石,便于上頂油缸支撐。該處硐室處于措施井和西風(fēng)井回風(fēng)大巷的交叉口,大巷匯水流向措施井方向,可以滿足施工 40 m3/h的用水,避免了再次施工反水坑。

2.2.1 導(dǎo)硐施工

開孔質(zhì)量的好壞不僅直接影響到鉆機鉆進的偏斜率[1],而且一旦孔口毀壞還會影響到排碴是否順利,從而對工程的進度有所影響,同時,對鉆具的壽命也有影響。工程施工首先用短鉆桿開孔,先開水,用小鉆壓低轉(zhuǎn)速開孔,壓力為 15～20 kg/cm2。在斷續(xù)推進的同時,上下提動鉆頭掃孔,及時清理孔內(nèi)的巖渣。打完短鉆桿后,先停機后停水。按程序裝上1根鉆桿,用扶釬器油缸扶住鉆桿,并繼續(xù)用小鉆壓,低轉(zhuǎn)速鉆進,鉆孔深超過 3 m后,可按正常參數(shù)鉆進[2],并且開始逐漸增加軸壓,提高轉(zhuǎn)速。

2.2.2 注漿施工

在導(dǎo)硐施工過程中共進行了 3次注漿,前兩次的注漿效果不理想,在第三次注漿中調(diào)整了注漿方法,取得了較理想的效果。具體的施工過程如下。

(1)第一次注漿。在導(dǎo)硐施工至 -202 m位置時,第一次出現(xiàn)反碴異?，F(xiàn)象,只有清水沒有碴。在調(diào)整壓力,并查明機械壓力正常和鉆頭無封堵的情況下,更換水管材質(zhì),但是依然不能反碴。經(jīng)過初步判斷存在破碎帶,停鉆之后用清水泵 D46-50×3抽出小導(dǎo)硐內(nèi)的水,導(dǎo)硐內(nèi)存在的砂子狀碴自然沉降。配置 C25混凝土 (石子為米石狀),注漿至-185 m,自然狀態(tài)下養(yǎng)護 7 d。

(2)第二次注漿。繼續(xù)開鉆至 -200 m時,又一次出現(xiàn)無反碴的情況,故停止作業(yè)。仍采用相同的注漿方法,注漿至 -185 m水平,養(yǎng)護 7 d。

(3)第三次注漿。繼續(xù)開鉆至 -203 m時,再一次出現(xiàn)無反碴的情況,停止作業(yè)。用標(biāo)記好尺寸的線繩綁住手電筒,放至井下隨時甩動,發(fā)現(xiàn) -194 m和 -195 m水平時手電筒燈光消失在導(dǎo)硐內(nèi),故判斷在該處存在較大空洞。在注漿前,先在清水泵上安裝 1個 KA-50單向閥,在鉆頭位置安裝 1根長螺桿彈簧,螺桿一頭是用聚氨酯棒做的堵頭,堵頭利用鉆桿內(nèi)一段帶錐度的內(nèi)徑,停水時在彈簧力的作用下堵頭堵住水使水和渣無法倒入鉆桿,進水時利用水壓頂開堵頭,水進入鉆頭進入孔內(nèi)。這次注漿過程與前兩次有所不同,在注漿至 -192 m水平時,下放鉆桿,用正壓力排擠混凝土向空洞內(nèi)流動,每注漿 1 m下放一次鉆桿,依次進行到 -188 m水平。自然凝固 14 d,開鉆之后減小機械回轉(zhuǎn)壓力,尤其是在 -194 m和 -195 m水平。待穿過水泥層之后進入基巖,回轉(zhuǎn)壓力調(diào)整為正常值。

2.2.3 擴刷施工

在 250 mm導(dǎo)硐鉆通之后,將用于擴孔的刀盤運至天井的下部,將刀盤和鉆桿用吊具連接起來。首先要確保待擴天井的下部工作面平整,以使刀盤滾刀有一個良好的受力狀態(tài),以減小擴孔刀盤的沖擊。然后,在擴孔開始時,若接觸面不平整,則應(yīng)緩慢的斷續(xù)向前推進,以產(chǎn)生合理的控制拉力和轉(zhuǎn)速,待刀盤的所有滾刀接觸巖石后,方可按正常壓力進行擴孔[3]。

2.3 技術(shù)性能指標(biāo)

在 -320 m中段觀測 250 mm鉆頭偏離巷道中心線 0.775 m,即偏斜率為 0.5%,遠遠低于天井鉆進公司設(shè)計的初步目標(biāo) 1.5%。對 3次注漿量進行核實,其總量為 16.7 m3,而 3次正常導(dǎo)硐的體積為0.89 m3,則可以證明被高壓水涮空的空洞體積為5.3 m3左右。

3 注漿法應(yīng)用效果分析

使用AT1500天井鉆機進行開采具有明顯的優(yōu)勢,并有良好的節(jié)能減排效果,其他作業(yè)方法不可比擬。在以往施工過程中,尤其在 250 mm的小斷面內(nèi)注漿,難度大。采用水泵單向閥、鉆頭裝堵頭、聯(lián)合注漿的方法,攻克了施工難題,避免了此項工程的失敗。同時,鉆機硐室處于措施井和西風(fēng)井回風(fēng)大巷的交叉口,大巷匯水流向措施井方向,可以滿足施工 40 m3/h的用水,避免了再次施工 10 m3的反水坑,同時利用井下流水充當(dāng)反水,節(jié)約了成本。

使用AT1500天井鉆機施工,尤其在獨頭掘進的過程中,對井下工作環(huán)境影響很小,由于不使用炸藥和炮煙,做到無炮煙無粉塵,從而對井下員工的職業(yè)病有著有效的預(yù)防作用,社會效益顯著[4]。此外,天井鉆機在定位好之后,測量人員對 -165 m風(fēng)井上口和 -320 m風(fēng)井下口進行測量,坐標(biāo)進行校核,準(zhǔn)確無誤后不需要再次測量,機械會根據(jù)斜撐缸調(diào)整角度,另外在鉆桿中加穩(wěn)定桿。這次試驗偏斜率為 0.5%,效果良好[5]。

4 結(jié) 論

AT1500天井鉆機在三山島金礦新立礦區(qū) -165～-320 m中段 123線倒段風(fēng)井工程施工中,由于該段巖石質(zhì)地不均勻,巖層交錯分布,穿插著破碎帶,導(dǎo)致天井鉆機反碴不正常,并影響偏斜率。停機后采用小斷面注漿凝固的方法進行處理,通過連續(xù) 3次的注漿試驗,取得了良好的效果。此次應(yīng)用注漿法在AT1500天井鉆機施工中處理空洞是一次解決巖石破碎的創(chuàng)新,取得了一定的社會效益與經(jīng)濟效益,為后續(xù)工程施工處理空洞積累了寶貴的經(jīng)驗。

[1] 阮文軍.注漿擴散與漿液若干基本性能研究[J].巖土工程學(xué)報,2005,27(1):69-73.

[2]尹復(fù)辰,任 巍.深天井鉆進設(shè)備及工藝[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2006.26(S1):98-102.

[3] 王紅喜,張高展,丁慶軍,等.堿激發(fā)工業(yè)廢渣雙液注漿材料性能研究[J].建筑材料學(xué)報,2006,10(3):374-378.

[4] 田京城,代學(xué)靈,李國富.軟巖巷道化學(xué)錨注技術(shù)研究[J].中國煤炭,2004,(8):25-26.

[5] 裴啟濤,陳建宏.雙楔形掏槽方法和光面爆破技術(shù)的綜合設(shè)計[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2009,(1).

2011-04-19)

趙景博 (1985-),男,山東濟南人,研究生,助理工程師,從事礦山生產(chǎn)管理工作,Email:jingbo416@163.com。