煤礦立井井筒不同地質條件注漿防治水材料的應用

王素芳

(晉城宏圣建筑工程有限公司， 山西 晉城市 048006)

在煤礦生產建設的全過程中，影響最為惡劣、危害最大的事故主要包括五個類型：一是煤礦瓦斯災害，二是煤礦火災事故，三是煤礦礦塵災害，四是煤礦水災事故，五是煤礦頂板災害。其中，又以水害對煤礦立井作業的影響最突出，甚至會對煤礦礦井的建設與運行帶來極為不良的影響，因此值得關注。

1 煤礦立井井筒注漿防治水材料選取分析

1.1 案例一分析

某煤礦項目主副井于2005年建成并投入使用，設計礦井深度為480.0 m，設計礦井凈直徑為5.2 m。立井采取素混凝土澆筑完成，澆筑厚度控制為360.0 mm，立井井壁結構模式為單層。在已投入使用的10余年中，受到地表水侵蝕因素的影響，導致該立井井筒呈現出了比較嚴重的漏水問題。現場測定結果顯示，夏季降水量豐富狀態下，最高的漏水量達到了6.5 m3。與此同時，在冬季氣候下，盡管作業現場應用暖風爐對立井井筒進行了連續性的供熱，但仍然存在結冰的隱患，對整個煤礦礦井作業的安全與可靠性產生了極為不利的影響。該煤礦立井井筒建設區域下的含水層主要表現為地表水，針對上述地質水文條件，對其注漿防治水材料的選取與應用進行了詳細分析與研究。

(1) 注漿防治水材料的選取。結合該煤礦立井項目的實際情況，為確保注漿防治水整體安全性與可靠性，所選取的注漿防治水材料為馬麗散材料。此材料具有低粘度以及高分子含量的基本特性，屬于聚亞安膠質材料的一類。在以高壓灌注方式對立井井筒進行防治水處理的過程中，樹脂成分能夠與催化劑成分發生結合反應，理化性質明顯膨脹，在外力高壓推擠作用的影響下，直接深入到煤礦立井井筒表面的混凝土裂縫或者是煤巖層內部，借助于此種方式，可以確保作用區域內的裂縫、裂隙得到充分的填實。在對立井井筒表面裂隙進行封堵的過程中，馬麗散注漿防治水材料的基本抗壓指數維持在25.0～38.0 MPa范圍之內(在不含水的初始狀態下)。但一旦遭遇水分，會導致此類注漿防治水材料呈現出明顯的關聯反應，形成膨脹，引發二次滲壓(相對于一次滲壓而言，二次滲壓狀態下的膨脹倍數可達到20倍以上)。二次滲壓配合高壓推力，直至將馬麗散全部填充至立井井筒縫隙內部，此狀態下的抗壓系數可達到25.0 MPa左右，防治水效果突出。

(2) 注漿防治水材料的特點。本工程所選取的注漿防治水材料馬麗散表現出了如下的應用特點：第一，成品化：馬麗散有較高的分子含量，現階段主要以塑料桶進行分裝，且每桶重量多在30.0 kg以內。因此在運輸方面相對便捷，使用前無需對其進行復雜的預處理；第二，經濟性：由于在此種方案下，相關設備以及原料的運輸比較方便，能夠一次到位展開施工，避免對灌注管道的敷設工作，降低了成本開支；第三，壽命長：馬麗散抗壓性能突出，能夠有效抵抗地層運動力，加上其膨脹反應迅速，可達到縮短施工周期的目的，對保障煤礦作業安全性而言價值突出。

1.2 案例二分析

某煤礦項目礦井開拓方式為立井開拓，中央并列式通風。煤礦礦井作業現場共設置有主井、副井、風井。現場測定數據顯示，立井井筒的深度為920.5 m，井筒凈直徑參數為6.8 m。前期地質勘查資料顯示，該立井井筒建設區域內的主要巖體結構包括粗砂巖、細砂巖、中砂巖、含礫粗砂巖以及石灰巖這幾個類型。立井井筒作業區域的表土層厚度為465.0 m，施工方案確定為凍結法作業。凍結法施工過程中，對于凍結深度的控制為535.0 m，同時，立井井筒基巖段的施工方法為鉆爆法施工。與此同時，現場調查數據顯示：在煤礦立井井筒的實際施工過程當中，共涉及到8個含水巖層，涌水量較預估數值大3～7倍。其中，單位時間內，涌水量最大的為2#煤頂板砂巖，平均每小時的涌水量達到了108.0 m3(見表1)。由于基巖段的含水層埋深較大，采取地面預注漿法治水效果并不明顯，因此決定選取工作面預注漿與壁后注漿相結合的方式進行治水。針對涌水量達到108.0 m3的含水層，采取工作面預注漿法堵水，待井筒通過含水層后，對其實施壁后注漿堵水。

表1 基本地質情況及其涌水量

(1) 注漿防治水材料的選取。結合該煤礦立井項目的實際情況，為保障防治水性能，選取粉煤灰作為主要的注漿防治水材料。在選取粉煤灰作為注漿防治水材料的基礎上，還需要就粉煤灰材料與水泥材料之間的配合比問題進行詳細研究，以保障所配置而成的混合漿液能夠具有穩定的凝固強度，確保對立井井筒滲漏水防治的可靠性。一般來說，需要通過試驗的方式，在不斷增加粉煤灰滲入比例的過程當中，觀察試塊在抗壓強度、凝固時間(包括初凝時間、以及終凝時間在內)方面的變化。結合相關的資料數據，本文將粉煤灰材料在粉煤灰與水泥材料配合形成混合漿液當中的比例控制為20%。

(2) 注漿防治水材料的特點。對于粉煤灰而言，由于其具有良好的流動性，因此可確保在應用于注漿防治水過程中高度可注。同時，由于粉煤灰的粘度能夠得到合理的控制，不會出現漿液流動難度大的問題，因此可確保粉煤灰及時且充分的深入立井井筒表面裂縫、裂隙當中。與此同時，在水灰比控制為恒定狀態的情況下，相對于常規意義上的水泥漿液來說，粉煤灰注漿材料漿液結實率明顯較高，這說明所制備而成的漿液材料在保水性能方面突出，對不良地質條件適應性強。通過工作面預注漿措施以及分段壁后注漿措施的落實，在井筒建成后，含水層總涌水量自原有232.35 m3/h降低至5.13 m3/h，堵水率達到了97.79%，注漿堵水效果顯著。

2 煤礦立井井筒注漿防治水材料的應用技術分析

無論是馬麗散注還是粉煤灰,注漿防治水材料在實際的施工過程當中，對于相關設備的依賴度較小，通過混合槍與專用泵的相互配合，即能夠達到良好的注漿防治水效果。在具體的施工過程當中，可以按照如下方式展開施工作業：

第一步，完成對注漿孔位的設計與記號工作；

第二步，按照前期所確定的注漿孔孔位，進行打孔作業，在打孔作業的實施過程當中，要求將鉆孔直徑嚴格控制在42.0 mm范圍之內，與之相對應的深度及傾角則需要結合實際情況作出規定；

第三步，需要將專用泵裝置以及相關的附屬配件組裝好，同時對注射槍進行固定處理；

第四步，開始對打孔孔位進行注漿作業，具體實施過程當中，需要將注漿防治水原料的吸料管插入原料當中，活塞在氣馬達的帶動作用下使得其所吸附的原料能夠以活塞為載體，傳遞至輸料管，并進一步傳遞至注射槍，將注漿防治水材料注入地層內部；

第五步，停止注漿作業，并對注漿傳輸管路以及混合槍裝置進行清洗處理。

3 結束語

為了能夠達到防治水害的目的，就需要在煤礦立井井筒現場作業的實施過程中，結合不同的地質條件，選取綜合性能最佳的注漿防治水材料，并將其成功應用于現場施工中。針對這一問題，本文以不同地質條件相關案例的方式，就注漿防治水材料應用過程中的相關問題進行了分析總結，希望能為后續相關研究與實踐工作的開展提供參考與幫助。

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