新型注漿設(shè)備在地質(zhì)防治水超前探施工中的應(yīng)用

王傳永 汪 佩 李向陽(yáng)

(河南省正龍煤業(yè)有限公司城郊煤礦)

新型注漿設(shè)備在地質(zhì)防治水超前探施工中的應(yīng)用

王傳永 汪 佩 李向陽(yáng)

(河南省正龍煤業(yè)有限公司城郊煤礦)

詳細(xì)分析了新型風(fēng)動(dòng)注漿泵在地質(zhì)防治水超前探施工中的應(yīng)用成果，結(jié)果表明：新型風(fēng)動(dòng)注漿泵的應(yīng)用，減少了施工準(zhǔn)備時(shí)間，提高了工程施工效率和施工質(zhì)量，解決了地質(zhì)防治水零星工程施工設(shè)備搬運(yùn)的難題，有效降低了設(shè)備搬運(yùn)過程中潛在的安全隱患，節(jié)約了大量工時(shí)，在煤炭經(jīng)濟(jì)和企業(yè)發(fā)展新常態(tài)的形勢(shì)下，達(dá)到“減人提效”的目的。

新型風(fēng)動(dòng)注漿泵 超前探施工 新常態(tài) 減人提效

河南省正龍煤業(yè)有限公司城郊煤礦為河南能源永煤公司的主力礦井，位于河南省永城市境內(nèi)，2003年投產(chǎn)，2009年核定生產(chǎn)能力5.0 Mt/a，采用立井兩水平上下山開拓方式，主采二疊系山西組二2煤層，水文地質(zhì)條件中等，屬瓦斯礦井[1-2]。該煤礦井下日常地質(zhì)防治水超前探工程和零星工程(如斜巷壁后注漿)較多，相較于工作面與底板改造工程，上述單項(xiàng)工程施工通常需要在盡可能短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)備就位、工程實(shí)施并取得成果，以便指導(dǎo)施工。以往井下地質(zhì)防治水工程施工主要采用ZBSB-32～120/10.5～3型注漿泵，該型注漿泵采用電力驅(qū)動(dòng)，整機(jī)重量超過1.2 t，受現(xiàn)場(chǎng)自然條件的限制，人力運(yùn)輸極為不便，導(dǎo)致施工準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)。為縮短準(zhǔn)備時(shí)間，減輕職工勞動(dòng)強(qiáng)度，引進(jìn)了小型輕便、以風(fēng)能為動(dòng)力的2ZBQ-3/21型礦用風(fēng)動(dòng)注漿泵。

1 風(fēng)動(dòng)注漿泵

2ZBQ-3/21型礦用風(fēng)動(dòng)注漿泵由氣缸、漿缸、柱塞、吸排漿閥、混合器、吸排漿管、雙氣控?fù)Q向閥和氣源處理三聯(lián)體等零部件組成，見圖1。該型礦用風(fēng)動(dòng)注漿泵技術(shù)參數(shù)見表1。

圖1 2ZBQ-3/21型礦用風(fēng)動(dòng)注漿泵結(jié)構(gòu)

壓縮空氣通過球閥到三聯(lián)體中的分水濾氣器，凈化后的壓縮空氣到達(dá)定值式調(diào)壓閥，該定值調(diào)壓閥可自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出的氣體流量，具有保持輸出氣體壓力不變的功能，使得排出的漿液具有定壓自動(dòng)調(diào)量的性能，排出的漿液隨注漿壓力的增加而減少排量。壓縮空氣經(jīng)三聯(lián)體到二位五通換向閥及行程閥，氣缸活塞推動(dòng)行程換向閥控制氣控?fù)Q向閥換向，推動(dòng)氣缸活塞作拉桿式往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞拉桿直接推動(dòng)液缸活塞，通過進(jìn)、排漿閥，完成吸排漿工作，漿液通過混合器混合，通過注漿嘴，壓入孔口，進(jìn)而擴(kuò)散到巖層的裂隙中。

2 應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)三維地震資料，城郊煤礦二水平南翼末部聯(lián)巷西側(cè)發(fā)育DSF7逆斷層，落差約27 m。由于該斷層落差較大，且斷層預(yù)計(jì)切割至深部L8含水層，存在一定的導(dǎo)水可能性。為準(zhǔn)確查明斷層面位置、導(dǎo)水性及落差，確保二水平南翼末部聯(lián)巷掘進(jìn)安全，根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，利用鉆機(jī)在二水平南翼膠帶大巷SYP25點(diǎn)前162 m處實(shí)施超前探工程。由于二水平南翼膠帶大巷運(yùn)輸距離長(zhǎng)、工期緊張，且設(shè)備搬運(yùn)不便，確定采用2ZBQ-3/21型礦用風(fēng)動(dòng)注漿泵配合鉆機(jī)進(jìn)行地質(zhì)超前探施工作業(yè)。

2.1 鉆孔布設(shè)

鉆孔施工按照“先探測(cè)、后加固”的原則，首先對(duì)斷層導(dǎo)水性及斷層位置、落差進(jìn)行控制，然后對(duì)斷層上盤底板灰?guī)r進(jìn)行注漿加固。根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)資料，該處L8含水層水壓約4.1 MPa。超前探工程自2015年6月3日開始施工，6月8日結(jié)束施工，累計(jì)施工鉆孔4個(gè)，鉆探進(jìn)尺487.5 m。鉆孔施工參數(shù)見表2。

表2 探DSF7斷層鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 施工質(zhì)量要求

(1)下管和埋管。鉆孔開孔后按設(shè)計(jì)要求下入直徑為108 mm的孔口管，使用風(fēng)動(dòng)注漿泵采用 P.O42.5#水泥和濃度為38～40 °Be′、模數(shù)為3.1～3.4的水玻璃混合雙液漿進(jìn)行埋管，待孔口返出稠漿后停泵，確?？卓诠苈窭巍⒙駥?shí)。

(2)埋管結(jié)束初凝2 h后進(jìn)行掃孔，掃孔超過孔口管長(zhǎng)度0.5 m，采用風(fēng)動(dòng)注漿泵進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，耐壓值不得低于12 MPa，穩(wěn)壓30 min以上，且管壁周圍無跑水漏漿現(xiàn)象時(shí)方可繼續(xù)施工，若未達(dá)到上述要求則需重新埋管。

(3)探3#、探4#孔必須在孔深40 m、60 m進(jìn)行淺部注漿加固，漿液濃度1∶(0.5～0.6)，注漿終壓15 MPa。

(4)若鉆孔終孔水量大于5 m3/h，必須采用地面注漿站進(jìn)行注漿，漿液密度1.28～1.32，注漿終壓12 MPa；若鉆孔水量小于5 m3/h，則采用井下風(fēng)動(dòng)注漿泵進(jìn)行注漿封孔。

(5)鉆孔封孔首先采用風(fēng)動(dòng)注漿泵向孔內(nèi)壓入水泥單液漿，壓力達(dá)到12 MPa后可適當(dāng)加入水玻璃，保證鉆孔封孔后無漏水、滲水現(xiàn)象，封孔終壓為15 MPa。

2.3 注漿效果

(1)2ZBQ-3/21型注漿泵采用全液壓雙作用，注漿壓力可調(diào)、體積小、重量輕、靈活可靠。

(2)由于該型注漿泵具有注漿壓力與流量成反比的軟特性漿液輸送功能，因此當(dāng)鉆孔剛開始注漿時(shí)，漿液流量較大，后期壓力較高時(shí)，漿液流量自動(dòng)減少，可確保注漿的安全可靠。

(3)由于該型注漿泵為氣壓驅(qū)動(dòng)，無需電動(dòng)設(shè)備，排除了電氣“失爆”等重大隱患。

(4)由于該型注漿泵使用過程中無需換擋，大幅提高了鉆場(chǎng)內(nèi)的生產(chǎn)效率。

(5)該型注漿泵的自動(dòng)調(diào)節(jié)性能可縮短注漿時(shí)間，確保注漿質(zhì)量，節(jié)省材料。

2.4 施工工時(shí)對(duì)比

城郊煤礦以往常用的注漿設(shè)備主要為ZBSB-32～120/10.5～3型注漿泵，分別從設(shè)備搬運(yùn)、安裝、回撤等方面與2ZBQ-3/21型礦用風(fēng)動(dòng)注漿泵進(jìn)行施工工時(shí)對(duì)比，結(jié)果見表3。

表3 2類注漿泵工時(shí)對(duì)比

由表3可知：在二水平南翼膠帶大巷超前探施工中，使用風(fēng)動(dòng)注漿泵較ZBSB-32～120/10.5～3型注漿泵減少了76個(gè)工時(shí)。

3 結(jié) 論

(1)2ZBQ-3/21型礦用風(fēng)動(dòng)注漿泵的應(yīng)用大大提高了勞動(dòng)效率，施工鉆孔埋管、試壓、淺部加固和封孔質(zhì)量的合格率均達(dá)到了100%，工程施工質(zhì)量得以大幅度提高。

(2)通過使用該型注漿泵，減少了超前探鉆孔施工準(zhǔn)備時(shí)間，提高了施工效率,節(jié)約了大量人力、物力，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)使用該型注漿泵較ZBSB-32～120/10.5～3型注漿泵減少了76個(gè)工時(shí)，按1個(gè)工時(shí)費(fèi)100元計(jì)算，可累計(jì)節(jié)省工時(shí)費(fèi)7 600元。在煤炭經(jīng)濟(jì)和企業(yè)發(fā)展的新常態(tài)下，達(dá)到了“減人提效”的目的。

(4)該型注漿泵解決了地質(zhì)防治水零星工程施工設(shè)備的搬運(yùn)難題，大大降低了設(shè)備拆、裝、運(yùn)過程中潛在安全事故發(fā)生的概率。

[1] 趙保林，王傳永，劉 超.震波CT技術(shù)在斷層超前探測(cè)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(9)：122-123.

[2] 汪 佩，李向陽(yáng).氣動(dòng)加柱式鉆機(jī)在地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(9)：124-125.

2015-10-21)

王傳永(1985—)，男，工程師，476600 河南省永城市。