礦山地下開采注漿堵水技術(shù)分析

梅世洲

(大冶有色設(shè)計(jì)研究院有限公司)

?

礦山地下開采注漿堵水技術(shù)分析

梅世洲

(大冶有色設(shè)計(jì)研究院有限公司)

為促進(jìn)礦山地下開采注漿堵水技術(shù)的發(fā)展，分別從注漿孔的設(shè)置安排、注漿深度、注漿段高和方式、注漿材料選用等方面對(duì)注漿堵水工程的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)注漿堵水工程實(shí)施方案、注漿堵水技術(shù)的工藝流程及安全要求進(jìn)行了詳細(xì)探討，對(duì)于確保地下礦山安全生產(chǎn)有一定的參考價(jià)值。

地下采礦注漿堵水技術(shù)設(shè)計(jì)方案工藝流程安全要求

礦山地下采礦是一個(gè)較復(fù)雜且具有一定危險(xiǎn)性的行業(yè)，若不有效處理漏水問題則極易嚴(yán)重影響采礦效率及進(jìn)度，甚至威脅到井下人員的生命安全。注漿堵水技術(shù)的快速發(fā)展，為解決地下開采時(shí)出現(xiàn)的漏水問題提供了一種行之有效的方法[1-3]。為進(jìn)一步促進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)在地下礦山的應(yīng)用，本研究對(duì)礦山注漿堵水工程的設(shè)計(jì)方案、實(shí)施方案、工藝流程以及安全要求進(jìn)行探究，供相關(guān)應(yīng)用參考。

1　礦井注漿堵水工程設(shè)計(jì)方案

(1)注漿孔設(shè)置安排。一般來講，注漿擴(kuò)散半徑多為9m，注漿孔圈與礦井荒徑中部保持1.3m的距離，為此，需設(shè)置3個(gè)尺寸一致的注漿孔，注漿孔設(shè)置完畢后，應(yīng)仔細(xì)檢查各注漿孔偏斜的情況和程度，若無法滿足施工要求，須實(shí)施補(bǔ)孔，若確保注漿套管的平均偏斜率達(dá)到1.3%，須當(dāng)?shù)V井井筒的斷面在超過其規(guī)定的半徑后，及時(shí)將注漿孔安放于凈徑之內(nèi)。

(2)注漿深度。對(duì)注漿深度的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合比較整個(gè)礦井的深度，設(shè)計(jì)的注漿深度應(yīng)低于礦井深度11m。當(dāng)深度差達(dá)到11m后便會(huì)觸及富(含)水層，此時(shí)須加大注漿深度保障作業(yè)安全。

(3)注漿段高和方式。決定注漿段高的條件因素包括巖層涌水量及注漿泵排量等。通常底層設(shè)計(jì)的注漿段高為35～45m，而對(duì)于一些富水層區(qū)域，其設(shè)計(jì)范圍應(yīng)為25～35m。為確保平均注漿段高達(dá)到90m，在注漿時(shí)基本采用2種方法一并使用即上行和下行模式。通常來講，首先執(zhí)行分段的下行模式，待注漿全深之后再轉(zhuǎn)換模式，依據(jù)由下至上的順序?qū)嵤┓侄紊闲械闹貜?fù)注入模式[4]。

(4)注漿材料選用。我國礦井注漿作業(yè)時(shí)大多采用水泥漿液，若面對(duì)較大裂縫的石灰?guī)r，需選用濃度更高的水泥漿液確保黏合持久有效。相對(duì)于成本較高的膨脹水泥，黏土水泥漿液則較簡易廉價(jià)且可注性十分優(yōu)異，此外，該類黏土水泥漿液基本不會(huì)造成任何環(huán)境污染，因而在礦井施工過程中，宜廣泛運(yùn)用。

2　礦井注漿堵水工程實(shí)施方案

2.1鉆孔防斜及糾偏

施工中注漿質(zhì)量的影響因素較多，其中較關(guān)鍵的因素便為注漿孔的平均偏斜率，若確保較高的注漿質(zhì)量，注漿孔的平均偏斜率有必要低于4.8%，另外注漿套管的平均偏斜率也應(yīng)低于1.6%，平均測(cè)點(diǎn)的距離應(yīng)為10.5m。通常需遵照3個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)來衡量鉆孔防斜及糾偏工作是否高效完成：①確保灰土盤地的均勻程度和平整性，在安裝鉆孔機(jī)時(shí)，須留意立軸中心、鉆孔中心、天輪中心的平行程度，唯有依靠平整的鉆孔機(jī)3個(gè)中心，才能使其成為1條直線；②確保主桿與加重管相互呈現(xiàn)出垂直狀態(tài)，且鉆桿與巖芯管也應(yīng)保持垂直，應(yīng)選擇長度大于4.5m的巖芯管；③在實(shí)施鉆孔作業(yè)前，需進(jìn)行相關(guān)的準(zhǔn)備工作，如檢查立軸螺絲是否擰緊，確保鉆機(jī)鉆入給壓時(shí)不產(chǎn)生誤差，此外，為加大鉆孔半徑，使用導(dǎo)向鉆具具有可行性，同時(shí)，采用循漸進(jìn)的操作模式，可有效降低鉆進(jìn)大傾角以及換巖層時(shí)機(jī)械承受的壓力，加重鉆具常被用于糾偏鉆孔，施工時(shí)選用的巖芯管長度宜偏長，使用無外齒刃類型的鉆頭，若偏差較嚴(yán)重，可采用自制糾偏器實(shí)施輔助糾偏。

2.2止?jié){塞的使用原則

(1)面對(duì)小半徑的注漿孔時(shí)，可使用鉆頭進(jìn)行開拓，對(duì)于大半徑的漿孔，可在現(xiàn)有注漿孔的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)大加寬。為便于止?jié){塞的運(yùn)作，宜使用變徑臺(tái)階。

(2)將黃泥與干草混合后置入孔內(nèi)，將調(diào)制的水泥漿注入孔內(nèi)。需注意的是，確保注漿孔平均深度保持在13m，安置9d使其凝固成形，采用直徑74mm的鉆頭鉆入水泥臺(tái)，將止?jié){塞置入注漿孔以提升作業(yè)效果[5]。

(3)正確選用鉆頭，否則會(huì)影響整個(gè)施工進(jìn)度及孔壁的完整程度，在面對(duì)松軟破碎層類似問題時(shí)，首先采用四翼型的鉆頭實(shí)施開拓工作，然后用圓形的鉆頭將其替換可有效擴(kuò)大注漿孔半徑。

(4)對(duì)于下段部分的施工，宜采用高鉆模式實(shí)施，該方式可有效控制鉆進(jìn)所需的時(shí)間，并且可有效降低對(duì)孔壁造成的破壞。

(5)在施工過程中，需將三爪止?jié){塞的半徑從75mm適當(dāng)調(diào)整至105mm，以便擴(kuò)大孔壁鉆進(jìn)的深度，滿足施工要求。

(6)對(duì)于較淺的礦井，可用人造孔壁，運(yùn)用壓蓋往管口處注入較濃的水泥漿液，進(jìn)行14h養(yǎng)護(hù)，可首先使用鉆頭進(jìn)行90mm的深度擴(kuò)展，精確確定止?jié){塞的位置后，繼續(xù)延伸擴(kuò)深18mm，可有效確保漿液到達(dá)下方止?jié){塞的位置。

2.3注漿作業(yè)過程中的注意點(diǎn)

(1)注漿效果的質(zhì)量在很大程度上直接受泵壓及泵量的影響，因此在注漿開始時(shí)，確保泵量低于145L/min，隨著施工過程中深度的加深，緩慢上調(diào)泵壓。在面對(duì)穩(wěn)定泵壓和大吸漿量現(xiàn)象時(shí)，可采取加大漿液濃度的方式提高泵壓。在出現(xiàn)小吸漿量現(xiàn)象時(shí)，宜降低漿液濃度，確保擴(kuò)散距離及單位注入量符合施工需求。

(2)確保漿液可有效凝固，須合理分配掃孔、提鉆、復(fù)注幾項(xiàng)工作的用時(shí)。對(duì)于提鉆而言，提鉆過早會(huì)造成反漿現(xiàn)象的發(fā)生，而提鉆過晚，則會(huì)出現(xiàn)鉆桿被固定的情況，因此最合適的提鉆時(shí)間通常為0.5h。掃孔工作在很大程度上影響漿液的平整度，一般來講，在提鉆工作完成4h后宜進(jìn)行掃孔操作，較早開展復(fù)注工作將直接影響漿液結(jié)石體的強(qiáng)度，較晚開展復(fù)注工作則會(huì)減緩整個(gè)注漿工作的進(jìn)度，因此最適宜的復(fù)注時(shí)間通常為24h內(nèi)[6]。

3　注漿堵水技術(shù)工藝流程及安全要求

3.1注漿堵水技術(shù)工藝流程

注漿堵水技術(shù)的工藝流程包括：①需提前在礦井附近建造1個(gè)位置適宜的造漿系統(tǒng)，運(yùn)用礦斗運(yùn)送水泥漿和水玻璃，確保儲(chǔ)蓄水泥漿和水玻璃的容器與地面材料的接應(yīng)工作順利開展；②確保注漿泵可均勻攪拌水泥漿和水玻璃漿液，將兩者的混合漿液同時(shí)注入注漿管中運(yùn)用高壓類設(shè)備在巖層的裂縫中注入漿液，使得結(jié)石體的強(qiáng)度及滲水功能達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2安全要求

(1)相關(guān)施工人員應(yīng)嚴(yán)格遵守安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)及其他要求進(jìn)行整個(gè)注漿堵水工程的相關(guān)操作，鑒于漿液的腐蝕性和刺激性，施工人員須在施工之前佩戴相應(yīng)防護(hù)用具(如防護(hù)眼鏡、衣物，特別是防護(hù)手套)[7]。

(2)拆卸孔口管端部的過漿裝置時(shí)，須確保其壓強(qiáng)得到完全釋放后方可進(jìn)行，否則，裝置內(nèi)可能會(huì)噴射出漿液，對(duì)施工人員造成不必要的傷害。

(3)在完成注漿堵水工作之后，應(yīng)進(jìn)行不定期的抽查工作，可采用隨機(jī)抽選打孔的方式檢測(cè)是否存在漏水現(xiàn)象。

4　結(jié)　語

為確保礦山地下開采的安全進(jìn)行，本研究結(jié)合近年來礦山注漿堵水技術(shù)的發(fā)展成果，對(duì)礦山注漿堵水工程的設(shè)計(jì)方案、實(shí)施方案、工藝流程進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對(duì)注漿堵水工程實(shí)施的安全要求進(jìn)行了討論，對(duì)于確保礦山堵水工程的有效實(shí)施有一定的參考價(jià)值。

[1]張?chǎng)?，譚卓英，賈華，等.地下透滲結(jié)構(gòu)頂板注漿堵水能力分析[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2016(1)：256-257.

[2]張勇，張乃寶.大水礦山區(qū)段注漿堵水實(shí)踐[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(2)：199-200.

[3]蘇紅蕊.上盤扇形帷幕注漿堵水工藝在馬莊鐵礦的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè),2014(10)：111-112.

[4]李淑娟.煤礦礦井施工中注漿堵水技術(shù)的應(yīng)用研究[J].煤炭技術(shù)，2014(3)：71-73.

[5]王雪峰.多水礦山地下采礦注漿堵水技術(shù)及案例分析[J].金屬礦山，2014(8)：129-133.

[6]王亮.大水金屬礦床井下近礦體帷幕注漿堵水技術(shù)研究[D].長沙：長沙礦山研究院，2011.

[7]王國林，曹志松.注漿堵水技術(shù)在棗泉煤礦回風(fēng)斜井防治水中的應(yīng)用[J].河南科技，2013(4)：65-66.

2015-09-15)

梅世洲(1964—)，男，工程師，435005 湖北省黃石市新下陸冶煉路65號(hào)。