淺析注漿滅火在矸石山生態(tài)修復(fù)中應(yīng)用

王 曉 軍

(山西宏廈建筑工程有限公司，山西 陽泉 045000)

1 概述

在傳統(tǒng)的矸石山治理過程中，滅火主要依靠矸石分層碾壓，黃土覆蓋封閉，在此基礎(chǔ)上以淺層注漿滅火降溫作為輔助補救措施。但由于工程費用高，施工速度慢，質(zhì)量難保證，空氣隔絕效果差且存在自燃現(xiàn)象，需對上述工藝進行優(yōu)化。采用深、淺孔交替布置，灌入配比漿液的工藝施工，可迅速隔絕氧氣并降低內(nèi)部溫度，從而達到滅火的效果。在頂部表面覆蓋一層粘土并將其壓實，使整個矸石山形成一個封閉的整體。本工藝能降低工程造價，減少對環(huán)境的污染，對提高經(jīng)濟和社會效益明顯。

2 適用范圍

前期排放巖矸及渣石的排矸場及后期“邊排邊治”的排矸場，尤其對老舊礦井常年堆排形成的矸石山治理效果更加明顯。

3 注漿滅火施工工序

3.1 注漿滅火工藝原理

施工采用“鉆孔注漿法”對矸石山著火區(qū)進行降溫，滅火。其原理是先將滅火材料加水制成滅火漿液，再將滅火漿液注入矸石山的內(nèi)部。在漿液接觸到高溫矸石后，通過水分的蒸發(fā)帶走大量熱量；滅火漿液中的固體則包裹在矸石表面或充填于矸石空隙之中，減少矸石與氧氣的進一步接觸，通過降溫與隔氧兩方面的作用，來達到滅火的目的。在頂部表面覆蓋一層粘土并將其壓實，使整個矸石山形成一個封閉的整體。本工藝能有效降低工程費用，減少對周圍環(huán)境的影響，對提高經(jīng)濟和社會效益明顯。

3.2 流程框圖

滅火工程施工總流程見圖1。

4 施工過程及技術(shù)措施

4.1 施工前準(zhǔn)備

4.1.1施工準(zhǔn)備

施工現(xiàn)場所需設(shè)備機械、工器具已進場就位，項目部管理人員、專業(yè)施工人員已按要求進行崗前培訓(xùn)和安全技術(shù)交底并簽字歸檔。前期相關(guān)技術(shù)管理資料已報監(jiān)理單位審批(包括承包單位及人員資質(zhì)報審、專項施工方案報審、設(shè)備報驗及原材料復(fù)檢報驗等)。

4.1.2施工放線

1)用全站儀、經(jīng)緯儀結(jié)合鋼尺，根據(jù)圖解坐標(biāo)放在實地位置，在實際的孔位處用紅色的木樁做標(biāo)記。鉆孔位置可根據(jù)實地情況調(diào)整，其他鉆孔誤差小于0.5 m。2)矸石山鉆孔孔位測量執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范》。填寫注漿孔放樣驗收書，放樣后經(jīng)驗收合格，可進行下一道工序。

4.2 施工過程

4.2.1成孔

注漿工程技術(shù)要求：鉆孔采用φ73～φ89回轉(zhuǎn)鉆進；馬道及平臺鉆孔，淺孔深3.5 m，深孔深7.5 m，正方形布置，孔距6 m，鉆孔位置應(yīng)設(shè)在坡頂線不小于1.5 m為宜，若距離太大會造成漿液流失(見圖2)。

4.2.2注漿施工

1)注漿材料配制。鉆孔注漿：水固比1∶ 1.0～1∶ 1.2，水泥、熟石灰和粉煤灰的重量比1∶ 2∶ 7。

2)原材料。清水用水表或定量容器計量、水泥和熟石灰按重量計，并要求抽查水泥和熟石灰的重量。水：施工現(xiàn)場水源。水泥：優(yōu)先選用礦渣水泥，其次是普通硅酸鹽水泥。熟石灰：采用三級以上新鮮石灰，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。粉煤灰：采用控制燒失量小于15%，符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》國家三級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3)攪拌時間每次不得少于10 min。

4)單孔(深孔)平均設(shè)計注漿量約為14.25 m3。

5)注漿工藝。施工順序：由外向內(nèi)，由淺而深逐步推進，首先進行最外側(cè)兩排進行注漿作為帷幕。對受注孔的鉆探資料查閱分析，做出注漿情況的初步判斷。若某一濃度漿液的注入量已達設(shè)計量的20%以上，而注漿壓力和單位吸漿量無明顯變化時，應(yīng)調(diào)濃一級或兩級灌注，在注漿后期泵壓逐漸升高或吸漿量逐漸減小的情況下，不應(yīng)改變其水固比。滅火孔注漿的質(zhì)量是滅火工程材料消耗大小的關(guān)鍵，注漿過程要采用定量定壓，孔口壓力要小，每個孔每次注漿量要小于5 m3，并隨時觀測孔口情況，鉆孔注漿采取間隔式(隔一打一)打孔注漿，以便于漿液更好的吸收，每日將已成的注漿孔全部進行注漿封孔，以防止大雨天氣雨水灌孔形成大量水蒸氣，避免出現(xiàn)水蒸氣爆炸現(xiàn)象。當(dāng)注漿量過大時，采用間歇式注漿。鉆孔下管后，為防止新鮮空氣通過鋼管進入矸石山內(nèi)部發(fā)生助燃，需將未注漿的孔口用定制帶絲扣的鉛帽進行封閉，待注漿時再打開。注漿時，為防止發(fā)生“氣爆”現(xiàn)象，需將周圍事先封閉的孔口擰開通氣。終止注漿標(biāo)準(zhǔn)：孔口壓力達0.5 MPa以上，灌入量小于7 L/min，且持續(xù)15 min；坡面大量溢漿；以上各條均可作為單孔注漿終止的標(biāo)準(zhǔn)。

5 質(zhì)量控制措施

5.1 鉆孔施工質(zhì)量保證措施

施工前首先由測量人員復(fù)核測量基線水準(zhǔn)點的準(zhǔn)確性，按設(shè)計要求放出樁位線，由專人驗線并做樁位預(yù)檢記錄；經(jīng)監(jiān)理復(fù)核認(rèn)可后才能施工。

鉆機就位時，調(diào)整好鉆機的水平，要平穩(wěn)，牢固，鉆桿要垂直，經(jīng)專人檢查鉆機對樁位的偏差及垂直度偏差，符合要求后才能施工。

鉆進中要求帶套管作業(yè)，防止塌孔和孔斜。

鉆到設(shè)計深度時，由專人檢查后，做好預(yù)檢、隱檢記錄，請監(jiān)理驗收，合格后進入下道工序。

5.2 注漿施工質(zhì)量保證措施

對所有原材料、成品、半成品進行全面檢查，保證產(chǎn)品質(zhì)量合格。還要按要求進行一定數(shù)量的抽檢試驗，質(zhì)量不合格的產(chǎn)品決不采用。

實行自檢、復(fù)檢和質(zhì)檢部終檢制度，每道工序的工程數(shù)量、工程質(zhì)量和隱蔽工程檢查合格后方可進行下一步施工。

對關(guān)鍵工序?qū)嵭信哉颈O(jiān)督，全部施工必須置于質(zhì)檢人員的現(xiàn)場監(jiān)督檢查之下。

漿液配制過程中，應(yīng)派專人在現(xiàn)場攪拌站進行監(jiān)督檢查，嚴(yán)格按照配合比進行配料。

6 施工人員安全控制措施

施工人員進場必須經(jīng)過三級教育后方可進行進場作業(yè)。認(rèn)真學(xué)習(xí)并嚴(yán)格執(zhí)行安全技術(shù)操作規(guī)程，不違章作業(yè)。

特殊工種必須持證上崗，并熟悉機械設(shè)備操作規(guī)程，施工時，按照機械設(shè)備和安全操作規(guī)程進行操作。

所有操作人員必須正確佩戴安全防護用品(加厚防火手套、防火膠鞋、安全帽、防毒面具、安全帶等)。

施工人員在矸石山施工時嚴(yán)禁穿半袖及短褲，必須穿長袖衣服和長褲，以防矸石燙傷。

每天施工前要對機械設(shè)備進行安全檢查，交接班要填寫安全記錄，如出現(xiàn)安全事故，應(yīng)及時履行報告手續(xù)。

鉆機就位時，調(diào)整好鉆機的水平，要平穩(wěn)，牢固，鉆桿要垂直。機械設(shè)備要有足夠的安全保障，同時要有足夠的安全系數(shù)。

鉆進中若有有害氣體冒出，則用等待空放法排氣，嚴(yán)格控制放火，注意人身安全。

施工期間對施工區(qū)域內(nèi)進行有害氣體監(jiān)測，專人監(jiān)測，當(dāng)檢測儀報警或者施工人員聞到刺鼻氣味時，立即撤離施工現(xiàn)場，到高處空氣流通好的區(qū)域。

施工人員實行倒班制，同一班同一組作業(yè)人員不得連續(xù)作業(yè)，施工間隔2 h施工人員要到上風(fēng)處通風(fēng)較好的區(qū)域進行休息通風(fēng)換氣，以防長時間在矸石山環(huán)境下施工發(fā)生意外。

在滅火鉆孔、注漿施工中，為了防止注漿液遇內(nèi)部高溫產(chǎn)生水蒸氣聚集導(dǎo)致噴爆發(fā)生意外，在施工中每鉆探一個孔，進行注漿時，必須在兩個鉆孔中間鉆一個透氣孔，在鉆孔、注漿作業(yè)時，設(shè)備就位好后，人員必須撤離安全位置，并且要做臨時防護墻，防護墻隨走隨搬運，防止噴爆矸石飛濺，發(fā)生人員傷害等事故。

施工期間對施工區(qū)域內(nèi)進行有害氣體監(jiān)測，專人監(jiān)測，當(dāng)檢測儀報警或者施工人員聞到刺鼻氣味時，立即撤離施工現(xiàn)場，到高處空氣流通好的區(qū)域。

施工人員在矸石山滅火施工時間不得連續(xù)超過2 h，超過2 h施工人員必須到上風(fēng)處通風(fēng)較好的區(qū)域進行休息，以防意外發(fā)生。

7 工程實例的應(yīng)用

該工藝已在陽煤集團二礦獅腦山矸石山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理示范工程、南煤集團大陽泉礦龍掌溝矸石山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理示范工程中得到成功應(yīng)用，取得了顯著的社會經(jīng)濟效益。

由于本工藝具有降溫滅火效果好、施工簡單且速度快和無環(huán)境污染等優(yōu)勢，預(yù)計將會在今后的矸石山治理工程中得到更廣泛的應(yīng)用。