談矸石山注漿阻火技術

李 保 平

(山西機械化建設集團公司，山西 太原 030009)

談矸石山注漿阻火技術

李 保 平

(山西機械化建設集團公司，山西 太原 030009)

針對矸石的自燃原因，介紹了矸石山注漿阻火技術方案的選擇，并從漿液的配制、漿管的埋設、鉆孔施工工藝及注漿步驟等方面，闡述了矸石山注漿阻火的技術措施，指出注漿阻火技術對矸石山的治理有較好的應用和推廣價值。

矸石山，注漿壓力，漿液，配合比

山西省是煤炭資源大省，省內眾多煤礦星羅棋布。改革開放以來，我省經濟發展的主要支柱是煤炭業，采煤量逐年增大，伴隨著采煤量的不斷上升煤矸石產量也逐年上升。由于歷史原因，以前的矸石多露天堆放未采取有效措施，已有多處矸石山發生了自燃現象，矸石自燃過程中會產生大量CO，SO2與H2S等有毒、有害氣體及煙塵，嚴重污染大氣環境。矸石燃燒產生的酸性氣體經雨水淋溶形成的酸性水，滲透到地下污染地下水，嚴重危害人們的身體健康。蔭營煤礦瓦斯抽房站二號擋墻背后路基為天然地基持力層為矸石，且部分矸石已發生自燃現象，為防止矸石自燃對南側的瓦斯抽放站造成危害。我項目部經過幾個月的不斷摸索、調研后，于2013年年初對二號擋墻背后矸石山進行鉆孔注漿阻火施工，并初步取得了成功。

1 矸石山自燃機理

蔭營煤礦的矸石中有可燃物碳，隨著環境溫度的升高，促使矸石的氧化反應加速，達到臨界溫度點后，矸石便自燃。

2 阻火工程方案的選擇

2.1 阻火注漿方案的選擇

針對自燃機理的分析發現矸石山自燃需具備3個條件：可燃物、供氧、蓄熱，對矸石山自燃阻斷，必須破壞其自燃條件，參照國內外先進經驗結合多年的工作實踐，矸石山阻火方法常用的有覆蓋法、表面澆灌法與注漿法。注漿法的阻火機理是通過“降溫”與“隔氧”的雙重作用來達到阻火的目的，降溫和隔氧效果均優于表面澆灌法，覆蓋法需用大量黃土，表面澆灌法簡便易行，但漿液難以滲入矸石山內部，會造成復燃。最后經過比較分析及現場勘察，確定對本矸石山阻火工程采用注漿法，使阻火工程既經濟快速、實施方便，又切實有效、不易復燃。

2.2 注漿參數的選擇

2.2.1 注漿方式

注漿方式按注漿管的選擇不同分為直管注漿和滲透管(花管)注漿。直管注漿漿液由注漿管端口直接注入，形成的注漿擴散區域是球形。花管注漿即通過在鋼管管壁表面開小孔的注漿管將漿液注入，該注漿管底部端口是封閉的，漿液是通過管壁上的小孔進入矸石堆，這種方式注入的漿液擴散后形成的漿液擴散區是圓柱狀的。

矸石燃燒中心的位置一般處于矸石山表面,其深度不超過3 m，結合現場實際情況，自燃矸石山表層2.5 m厚的矸石為矸石燃燒層，矸石堆的氧氣均在該層中耗盡，下層的矸石層缺氧不能保持燃燒。所以，采用注漿阻火的方法時，采用花管注漿法處理。

2.2.2 注漿壓力與滲透半徑

漿液在矸石孔隙中的擴散、滲透和固結的范圍，由漿液的有效擴散半徑R所決定，在采用花管注漿時，泥漿的擴散半徑可由以下(馬格)公式計算得到：

其中，r1為注漿管半徑，cm;K為矸石的滲透系數，cm/s;C為水的粘度，0.001 Pa·s；C1為泥漿的粘度，0.001 Pa·s；h為注漿的壓力，cm·H2O；t為漿液的凝固時間，s;η為矸石的孔隙率，%。

3 矸石山阻火注漿的實施

3.1 施工準備工作

施工準備工作主要包括:施工臨建搭設；施工臨時道路的整修、修建；施工場地平整；蓄水池、泥漿池的修建等。

3.1.1 蓄水池的修建

蓄水池為本工程施工的基礎設施，本工程擬建1個蓄水池，采用磚混結構，尺寸6 m×3 m×1 m，容積約20 m3，施工方法為人工挖掘、修整。周邊設立圍欄并豎立安全警示牌。

3.1.2 泥漿池的修建

泥漿池是工程施工的核心設施，本工程擬建泥漿池1個，采用磚混結構，容積約2 m3，施工方法為人工挖掘、修整，池口加蓋板，周邊設立圍欄，并豎立安全警示牌。

3.1.3 測量放線

1)孔位測放。

本工程測量放線所用儀器為全站儀和皮尺，全站儀在使用前應經過有關部門鑒定合格，并在鑒定有效期內。

孔位可根據施工進展用極坐標法分批測放。孔位采用木樁標識，木樁上涂紅漆，并在旁邊豎立小木牌，詳細注明其孔號、類型等。孔位應采取有效保護措施，鉆孔實際位置與圖紙位置之差不應超過1 m。因地面影響，鉆孔不能放在圖紙規定位置時，可視具體情況，在業主工地代表同意之處布設孔位。

2)測量放線的檢查、驗收與保護。

測量放線采用三級檢查一級驗收制，即先由測量員進行自檢、復測，再由質量檢查員復檢確認無誤，然后由項目總工審定，并報業主代表或監理工程師進行驗收并簽字。

3.2 阻火注漿施工

3.2.1 制漿材料的準備

本工程中所采用的制漿材料由水、白灰、粘土、纖維素組成。編制材料用量計劃，按計劃提前采購，保證現場有一定的儲備。

3.2.2 成孔

注漿孔按單排布置，先從下游開始鉆孔。施工采用φ127 mm鉆頭開孔，鉆孔鉆至深度為1.5 m后，采用φ100 mm套管護壁，隨后采用φ89 mm鉆頭繼續取芯鉆進，鉆至矸石層底面下1 m處終孔。

3.2.3 安放孔口管

將一端帶有φ110 mm～φ120 mm法蘭盤的φ50 mm射漿管下入距離孔底50 cm處，然后封孔，孔口以下30 cm用水泥漿封孔，下部用紅粘土填充,然后灌入石灰泥漿。

3.2.4 漿液制備

將石灰和粘土按3∶7的比例連續投入制漿機，并以一定流量加入清水，先制成20%的稀泥漿。接著導入泥漿池，由泥漿泵經回流泵回泥漿池，利用泥漿回流壓力反復充分攪拌均勻。本工程配合比共分四級，各級漿液比重分別為1.13 g/cm3,1.20 g/cm3,1.30 g/cm3,1.40 g/cm3。具體配合比見表1。

表1 漿液配合比

3.2.5 漿液灌注

注漿是本工程地基處理施工的核心。施工前選擇具有代表性的區段進行試驗，結合施工圖紙及現場實際，按設計要求，對施工所用的原材料、漿液配比、漿液性能指標、注漿孔成孔及注漿施工方案、施工工藝、施工方法等進行論證選擇，確保工程質量。

漿液的配制及其性能指標，必須嚴格執行設計規定，把好原材料進場質量關，保證漿液質量滿足設計要求。

注漿前必須測量注漿孔及鄰孔孔深，施工過程中應設專人對鄰孔孔深、串漿及地面冒漿等進行觀測。

注漿順序：漿液由稀到稠，注入500 L后若無壓力，逐級遞增至1.40 g/cm3。當注漿量大于或接近設計注漿量，仍不起壓時，應在漿液里添加適量纖維素。

注漿進行中，發生冒漿時，應采用限流、限壓注漿并在冒漿區域夯實或添堵等方法處理；發生串漿時，應用2臺泵對兩孔同時注漿，不得用1臺同時對兩孔注漿。

單孔注漿結束標準：在注漿孔注漿的末期，泵壓逐漸升高，當泵量小于1 L/min，孔口壓力在0.03 MPa～0.05 MPa之間時，穩定90 min；或注漿孔周圍50 cm外有冒漿現象時，可結束該孔的注漿施工。

4 質量控制措施

1)注漿過程中嚴格控制注漿有效量，防治漿液流失。

2)注漿采用漿液濃度先稀后稠的方法，稀漿的注漿時間不少于10 min。記錄注漿過程中發生的各種現象，收集原始數據，并根據實際情況及時調整注漿量和漿液濃度。

3)漿液從開始制備至用完時間一般不超過2 h。

4)漿液每次攪拌時間不得少于3 min。

5)詳細記錄注漿孔位、壓力和壓漿量。

5 實施效果

經過治理，矸石山表面的明煙、明火已被徹底撲滅。阻火施工前后分別對瓦斯抽放站二號擋墻墻壁上的測氣孔作了監測，結果見表2。

表2 瓦斯抽放站二號擋墻治理前后SO2,CO監測結果 Mg/m3

監測結果表明，矸石山自燃產生的主要污染物SO2，CO，通過阻火治理，SO2，CO濃度均已基本達到GB 3095—2012環境空氣質量標準中規定的三級標準。

6 結語

1)實踐證明，如采用注漿法對矸石山進行阻火處治，能夠達到穩定的阻火效果。注漿施工工藝有設備簡易、操作簡單、施工安全、投資少、見效明顯、速度快等特點，有特別好的應用與推廣價值。

2)為了取得顯著的工程效果，必須根據現場實際地質情況結合工程特點的不同，設計合適的注漿材料和注漿工藝。

3)注漿阻火施工的關鍵是合理地確定注漿位置、嚴格控制注漿量和注漿壓力。

[1] 礦區工業及民用建筑采空區注漿施工工法[Z].

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On fire retardance technique in grouting of gaugue dump

Li Baoping

(ShanxiMechanizedConstructionGroupCompany,Taiyuan030009,China)

According to the reasons for the spontaneous combustion of the gaugue, the paper introduces the selection for the fire retardance technique scheme, the preparation for the seriflux, the burial of slurry pipes, construction craft for drilling and grouting steps for the grouting of the gaugue dump, illustrates the technical measures for the fire retardance for the grouting of the gaugue dump, and points out the better application and value of the technique for the treatment of the gaugue dump.

gaugue dump, grouting pressure, seriflux, proportional ratio

1009-6825(2017)21-0046-03

2017-05-16

李保平(1976- )，男，工程師

P642

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