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预注浆技术在矿山井巷工程施工中的应用

发布日期:2020-09-06  来源:综合  作者:何守伟  浏览次数:139
       1 预注浆技术在矿山井巷工程施工的应用

1.1 注浆前准备工作

第一,回采工作面前,需要事先布置水平探眼在工作面上,确定好陷落柱的具体位置。第二,为了保证作业的安性,需要在回采前准备工字钢、备用单体柱等材料,放置膜泵、排水管、风泵在工作面低洼处。第三,根据具体的地质资料,陷落柱会在回采前发生揭露,因此,必须在此之前校正陷落柱边界并对边界处的岩分界层注浆 [1]。

1.2 确定注浆孔数及排列方式

钻注浆孔可以探测地下水层或者进行注浆,在进行挖掘钻孔的过程中,地下水层的存在会影响整体的施工进度,可以利用探水孔探测岩层类型、涌水压岩层的破坏层度及水量上程度,再根据探测的数据进行分析总结并确定注水泥浆的相关参数,确保施工过程的合理性和科学性。井筒直孔段布孔圈径12.1m,均匀分布6个注浆孔,早期的注浆孔为10个~20个减少为现在的个位数。在正式施工时,根据施工需要,确定6个注浆孔数钻孔位置、间距、及施工顺序,开始钻孔并检测钻孔的质量,再安装注浆管和封孔部件。根据测量可得,注浆孔直径为90m,孔间距为2.3m,施工顺序为一序孔 :Z1\3\5#,二序孔 :Z2、4、6#[2]。使用风动煤钻通过径向倾斜的方法进行打孔,对于预注浆工程的直孔固管段偏斜要求在2%范围内,倾斜精度为5度,设定偏距为3m,钻孔轨迹大体均匀分布。

1.3 设定注浆参数

在实际的施工过程中设定好注浆参数。第一,确定注浆段高。注浆的段高的最终确定需要根据地质水层的具体厚度、注浆的最佳深度及钻孔的深度三方面综合分析。对矿山井巷进行施工前,需要进行事先勘测和分析,确定地下水的具体位置,富含水层的具体位置是当钻孔深度达到一定深度时,可能出现多端断裂破碎带。从施工的角度考虑,为保证施工的安全性,安全稳定通过这段区域,就必须设置注浆长度与富含水层一样的深度,注浆孔必须穿过含水层底板以下最合适的距离才可以保证安全 [3]。第二,注浆压力。注浆压力须高于静水的压力,保证在预注浆的过程中的压实扩散和充赛。在正式施工时,根据地质条件充分考虑地下水层的深度、压力,设置预注浆的压力必须为静水压大小的 2 倍。第三,确定预注浆的使用范围及配料。矿山井巷的施工需根据不同的地质条件及地下水层的具体情况确定注浆范围。进行注浆材料的配比时,一般使用的材料为普通硅酸盐水泥和水玻璃,根据施工的实际需要并严格按照不同材料的配比比例科学地制定配料。第四,确定预注浆的扩散范围。进行预注浆之前,需要根据施工环境、地质条件、技术操作特点来计算出预注浆的具体扩散范围。

1.4 科学鉴定注浆结果

注浆施工完成后,检查注浆的每个环节并科学、合理地分析、评定检测的结构,重点关注最薄弱的环节。按照实际施工环节和具体情况检测孔洞深度并进行分析,从而确保孔洞不会发生漏水现象。另外,在检查漏水现象时,还需要配合水压的检测,根据检测的综合数据确定注浆结果。

2 预注浆的施工工艺

2.1 超前探测施工工艺

超前探测的施工情况主要分为 :第一,在工作面回采前,使用风动煤钻在支架前面煤墙进行打眼,工作面的范围一般在揭露范围及陷落柱揭露边界的范围。第二,正常推进工作面后,打探眼的方式按照推进的距离、陷落柱揭露范围且平行于顺槽方向进行,以探明推进方向 8m 范围的陷落柱边界位置,有利于提前在边界注浆。

2.2 短柱浆孔施工工艺

矿山井巷施工的内顶板一旦出现渗水现象,长时间没有处理的话,就会威胁作业人员的生命财产安全。浅孔一般用于封水、堵水、引水及加固围岩,渗水的面积与围岩有关,一旦围岩破碎,就会增加施工的难度。短柱浆孔注浆压力一般不会过大,超出压力就会造成内顶板脱落现象。注浆灌入具体的孔洞时,相邻的浅孔打开截止阀,从中流出存储在原始管道中的裂隙水,一旦流出的是较浓稠的泥浆时,就要即刻关闭浅孔停止注浆。阀关的关闭与控制压力有关,一旦达到阈值须关闭阀关 ;然后,将注浆软管接到相邻浅孔上,打开阀关借助压力开始注浆,把握好控制压力和时间后,停止注浆,关闭注浆阀 [4]。

2.3 长注浆孔施工工艺

利用双液注浆加固孔口管以保证其的抗拔力,根据实际情况,及时调整相应的钻孔位置。进行注浆时,需要配备 2台长钻机和 2 台注浆泵,时刻注意注浆时孔洞的水压及水量多少。一旦水量超过规定的数值(20m3 /h)或者出现严重破损时,必须停止注浆。对孔内进行注浆或者密封时,如果没有出现特殊情况,就继续进行施工。完成施工后,无论孔内水量的多少都需要进行具体的堵漏和注浆,注浆水泥的多少按照产水总量的 2 倍大小进行。

2.4 注浆工艺

注浆一般采用双液结合单液的方式,矿浆在裂缝中流动及压实的能力主要通过注浆的压力进行驱动,它可以控制矿浆的扩散距离。在长期的施工案例中,一般注浆的最大压力峰值范围在 10MPa~12MPa,扩散半径在 2m 左右,满足这个范围基本可以进行注浆。注浆的过程受相应的顶板的影响,施工人员必须时刻注意顶板是否发生脱落、滑动现象,一旦发生即可停止注浆注浆使用的注浆泵为无级变速的注浆机 XPB-50 和注浆泵 2TGZ-60/210 型,注浆的材料及泥浆按单液注浆比例为 1 :1 的重量比,单液及双液混合注浆。搅拌浆料的工具采用桶式混合器,进行搅拌时,具体筛分水泥以保证未硬化的水泥块可以进入混合系统。在浆槽内均匀混合相应的浆液,并用气动搅拌器进行搅拌以防止沉淀。

2.5 地面“L 型”钻孔围岩加固

为保证矿山井巷和硐室围岩长期稳定和支护安全性,解决井底岩体破碎、高地应力的难题,需要进行地面“L 型”的钻孔围岩加固预注浆。通过地面钻进垂直孔、增斜、降斜等措施在井巷和硐室形成水平孔,注浆加固围岩,减少注浆钻孔的工程量和缩短工期,减少后期的支护和二次修复以保证硐室和井巷的围岩稳定和支护安全 [5]。

2.6 回采工艺

回采工艺的工序为割煤到陷落柱边界,并用采煤机割煤装岩、前溜进行开空,锯管和逼帮,再重复第一步,不断循环重复。工作面陷落柱揭露边界位置边界 10m 内外区域,一般采用回采工艺,根据地质质量计算陷落柱揭露位置与推进尺度的关系,采用采煤机配合放炮破岩进行推进。

3 注浆施工的注意事项

注浆的顺序是封堵井壁到止浆垫外围以形成帷幕后再对工作面进行预注浆。矿井井筒内由于水量大造成静水压力大,需要高压注浆,如果直接对井筒进行预注浆,井壁到止浆垫外围往往无法承受注浆的高压,导致井壁产生破裂,威胁作业人员的安全。因此,只有加固好井壁到止浆垫外围才能开始对工作面进行注浆。在正式进行预注浆时,需要注意的是,预注浆之前,需要彻底清洗各个注浆孔,确保每个注浆孔可以正常工作,降低注浆出现问题的概率,提高注浆的质量和效率。再进行注浆时,根据实际的情况进行注浆配料的比例调配,不能随意增减原料。完成注浆施工后,及时拆卸注浆设备,且要将浆压力维持在合理的范围内,防止过大的压力使注浆设备对施工人员造成危害。

4 预注浆技术的发展趋势

4.1 加大理论研究力度

从当前的预注浆技术来看,应该重点研究注浆浆液与裂隙的作用、地质水层的影响、地质环境构成等内容。研究其中的规律为具体的施工提供注浆参数提供可靠数据。

4.2 加强行业交流

预注浆技术与其他技术一样,在很多工序都大致相同,可以充分学习其他技术的优势,有针对性、技术性地应用于施工中。如 :注浆造孔流程借鉴石油钻探技术,根据实际的施工情况以及自身的特点创造出适合自己发展的技术,并广泛应用于各种领域。

4.3 施工技术的更新

加大对资的投入、引进先进设备和技术,充分考虑整体工程,不断对技术进行改造、创新,使工程的施工向高效、节能、环保方向发展。矿山井巷工程较为复杂、综合性及具有较大的危险因素,因此需要采用各种技术提高工程的作业水平,降低施工难度。创新技术是行业发展的内在需求,也是发展的必然要求。如 :高压无极调速注浆泵结合信息化系统检测注浆的整体过程,对工程施工具有重要作用,保证施工的高效性和安全性。

4.4 广泛应用于各领域

预注浆技术的综合性较强,除了应用于矿山井巷工程,还可以应用于交通建筑、水利工程等,本身的扩展范围较大,更好地服务于更大领域,保证工程的质量。

5 结语

矿山井巷工程是一项复杂性、高难度、危险性的项目,而预注浆技术则是整个工程是否顺利进行的关键。注意注浆施工的重要事项,保证施工前、施工中和施工后期的操作符合流程,以及确保施工人员按照相关规定进行施工。改进并创新现有的预注浆技术,更好地服务于矿山井巷工作,保证煤炭产业的长期、健康发展。

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