淺析注漿滅火在矸石山生態修復中應用

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，質量難保證，空氣隔絕效果差且存在自燃現象，需對上述工藝進行優化。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，減少對環境的污染，對提高經濟和社會效益明顯。

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部。在漿液接觸到高溫矸石后，通過水分的蒸發帶走大量熱量；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，減少對周圍環境的影響，對提高經濟和社會效益明顯。

3.2 流程框圖

滅火工程施工總流程見圖1。

4 施工過程及技術措施

4.1 施工前準備

4.1.1施工準備

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

4.1.2施工放線

1)用全站儀、經緯儀結合鋼尺，根據圖解坐標放在實地位置，在實際的孔位處用紅色的木樁做標記。鉆孔位置可根據實地情況調整，其他鉆孔誤差小于0.5 m。2)矸石山鉆孔孔位測量執行國家標準《地質礦產勘查測量規范》。填寫注漿孔放樣驗收書，放樣后經驗收合格，可進行下一道工序。

4.2 施工過程

4.2.1成孔

注漿工程技術要求：鉆孔采用φ73～φ89回轉鉆進；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，鉆孔位置應設在坡頂線不小于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：施工現場水源。水泥：優先選用礦渣水泥，其次是普通硅酸鹽水泥。熟石灰：采用三級以上新鮮石灰，符合國家標準。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》國家三級質量標準。

3)攪拌時間每次不得少于10 min。

4)單孔(深孔)平均設計注漿量約為14.25 m3。

5)注漿工藝。施工順序：由外向內，由淺而深逐步推進，首先進行最外側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計量的20%以上，而注漿壓力和單位吸漿量無明顯變化時，應調濃一級或兩級灌注，在注漿后期泵壓逐漸升高或吸漿量逐漸減小的情況下，不應改變其水固比。滅火孔注漿的質量是滅火工程材料消耗大小的關鍵，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，避免出現水蒸氣爆炸現象。當注漿量過大時，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部發生助燃，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，為防止發生“氣爆”現象，需將周圍事先封閉的孔口擰開通氣。終止注漿標準：孔口壓力達0.5 MPa以上，灌入量小于7 L/min，且持續15 min；坡面大量溢漿；以上各條均可作為單孔注漿終止的標準。

5 質量控制措施

5.1 鉆孔施工質量保證措施

施工前首先由測量人員復核測量基線水準點的準確性，按設計要求放出樁位線，由專人驗線并做樁位預檢記錄；經監理復核認可后才能施工。

鉆機就位時，調整好鉆機的水平，要平穩，牢固，鉆桿要垂直，經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，防止塌孔和孔斜。

鉆到設計深度時，由專人檢查后，做好預檢、隱檢記錄，請監理驗收，合格后進入下道工序。

5.2 注漿施工質量保證措施

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

實行自檢、復檢和質檢部終檢制度，每道工序的工程數量、工程質量和隱蔽工程檢查合格后方可進行下一步施工。

對關鍵工序實行旁站監督，全部施工必須置于質檢人員的現場監督檢查之下。

漿液配制過程中，應派專人在現場攪拌站進行監督檢查，嚴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過三級教育后方可進行進場作業。認真學習并嚴格執行安全技術操作規程，不違章作業。

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

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備進行安全檢查，交接班要填寫安全記錄，如出現安全事故，應及時履行報告手續。

鉆機就位時，調整好鉆機的水平，要平穩，牢固，鉆桿要垂直。機械設備要有足夠的安全保障，同時要有足夠的安全系數。

鉆進中若有有害氣體冒出，則用等待空放法排氣，嚴格控制放火，注意人身安全。

施工期間對施工區域內進行有害氣體監測，專人監測，當檢測儀報警或者施工人員聞到刺鼻氣味時，立即撤離施工現場，到高處空氣流通好的區域。

施工人員實行倒班制，同一班同一組作業人員不得連續作業，施工間隔2 h施工人員要到上風處通風較好的區域進行休息通風換氣，以防長時間在矸石山環境下施工發生意外。

在滅火鉆孔、注漿施工中，為了防止注漿液遇內部高溫產生水蒸氣聚集導致噴爆發生意外，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、注漿作業時，設備就位好后，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，發生人員傷害等事故。

施工期間對施工區域內進行有害氣體監測，專人監測，當檢測儀報警或者施工人員聞到刺鼻氣味時，立即撤離施工現場，到高處空氣流通好的區域。

施工人員在矸石山滅火施工時間不得連續超過2 h，超過2 h施工人員必須到上風處通風較好的區域進行休息，以防意外發生。

7 工程實例的應用

該工藝已在陽煤集團二礦獅腦山矸石山生態環境恢復治理示范工程、南煤集團大陽泉礦龍掌溝矸石山生態環境恢復治理示范工程中得到成功應用，取得了顯著的社會經濟效益。

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境污染等優勢，預計將會在今后的矸石山治理工程中得到更廣泛的應用。