水泥與化學(xué)材料聯(lián)合注漿堵水技術(shù)研究與應(yīng)用

國(guó)棟材

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)（有限）責(zé)任公司，山西臨汾033200）

0 引言

水患是礦山安全生產(chǎn)的隱患之一，解決方法主要有引導(dǎo)水流匯聚進(jìn)行水泵排水、水泥注漿封堵等。引導(dǎo)水流匯聚進(jìn)行水泵排水是將水流引導(dǎo)至水倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行匯聚，利用水泵進(jìn)行排出，額外增加了人力、物力和財(cái)力的投入，花費(fèi)的成本太高且不能從根本解決問(wèn)題。水泥注漿[1]是將水泥與速凝劑漿液利用高壓泵打入煤巖裂縫中，水泥漿凝固后實(shí)現(xiàn)堵水。這種方法的劣勢(shì)在于當(dāng)出水水壓較大時(shí)，水泥漿封堵效果差[2]；當(dāng)裂隙為微裂隙[3]時(shí)，水泥漿擴(kuò)散效果差，封堵效果不好；此外水泥注漿時(shí)，嚴(yán)重威脅職工的身體健康；若礦山壓力大，后期會(huì)出現(xiàn)注漿點(diǎn)產(chǎn)生裂隙，繼續(xù)導(dǎo)水。為解決水泥注漿封堵之不足，某礦開(kāi)展了水泥與化學(xué)材料聯(lián)合注漿堵水技術(shù)研究。

1 工程背景

某礦副斜井井筒傾角-22°，直墻半圓拱形斷面，寬4.6 m，高4.1 m，巷道斷面為15.6 ㎡，在底板中部鋪設(shè)兩趟38 kg/m 的軌道。副斜井井筒30 m～90 m 區(qū)段為河床砂礫層，距河床直線(xiàn)距離為55 m，滲水量為6.5 m3/h，冬季滲水結(jié)冰影響斜井運(yùn)輸，礦井需要成立專(zhuān)門(mén)的破冰隊(duì)進(jìn)行除冰作業(yè)，此項(xiàng)作業(yè)危險(xiǎn)性較大，礦方一直在尋求根治方法。

2 化學(xué)材料介紹

CH-601 型化學(xué)材料，由A 液、B 液兩種真溶液組份組成。A 液為多元復(fù)合高分子有機(jī)液體，B 液為多元復(fù)合無(wú)機(jī)液體。將A 液、B 液按照一定比例制成的漿液膠凝時(shí)間從幾秒到數(shù)小時(shí)可任意調(diào)節(jié)。對(duì)于大裂隙、大通道的涌水宜采用雙液注漿，快速凝膠堵水；對(duì)微裂隙涌水進(jìn)行注漿封堵時(shí)，可采用單液注漿，也可采用雙液注漿，通過(guò)不同的配比，延長(zhǎng)膠凝時(shí)間，加大漿液在微裂隙巖層的擴(kuò)散效果與半徑，提高堵水率與堵水效果。

表1 CH-601材料技術(shù)參數(shù)

3 注漿方案及參數(shù)

3.1 方案

結(jié)合水文地質(zhì)資料分析及現(xiàn)場(chǎng)勘察，本工程采用水泥與化學(xué)材料兩種漿材結(jié)合的方式進(jìn)行注漿施工。首先利用水泥漿材的經(jīng)濟(jì)性充填壁后淺部圍巖較大裂隙，然后采用化學(xué)材料的先進(jìn)屬性封堵深部較小裂隙，凝膠時(shí)間設(shè)定為3 h。

3.2 注漿孔布置及參數(shù)

3.2.1 圍巖淺部注漿孔參數(shù)

鉆孔排式布置，排距2.5 m，每排7個(gè)孔，其中正頂1 個(gè)，兩肩各1 個(gè)，兩腰各1 個(gè)，兩底角各1 個(gè)。鉆孔垂直巷壁。孔深1.5 m。孔徑φ 42 mm。全長(zhǎng)60 m 巷道共布置24排、計(jì)144個(gè)注漿孔。注漿孔布置詳見(jiàn)下圖。

采用7655 型氣腿式鑿巖機(jī)施工鉆孔，選擇直徑φ 42 mm 一字沖擊鉆頭，鉆孔設(shè)計(jì)1.5 m 深，一次施工到位。成孔后用打管器將纏有麻絲的φ 10 cm注漿鐵管打入至擋環(huán)深度。注漿采用ZBQ-15/5 型風(fēng)動(dòng)雙液注漿泵。注漿順序先下后上，先注兩幫后注兩肩，最后注拱頂。

圖1 淺部注漿鉆孔布置

理工科類(lèi)內(nèi)容占多數(shù)，人文社科類(lèi)內(nèi)容較少。從教育部公布的全國(guó)優(yōu)秀外文教材目錄看，近五年的教材也不到百本，而且偏重理工類(lèi)，人文社科類(lèi)極少。游學(xué)是一種跨文化教學(xué)模式，要求對(duì)異國(guó)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化等相對(duì)深入的思索和認(rèn)知。相對(duì)理工科類(lèi)內(nèi)容，人文社科類(lèi)教材將擔(dān)負(fù)起影響和傳播的任務(wù)。因此，游學(xué)教材需在學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)資源和協(xié)作學(xué)習(xí)的教學(xué)環(huán)節(jié)中，圍繞人文社科內(nèi)容，開(kāi)展行之有效的包含準(zhǔn)備、實(shí)施和反思的教學(xué)環(huán)節(jié)，讓游學(xué)生在積極主動(dòng)的狀態(tài)下參與中國(guó)文化的學(xué)習(xí)和思考。

鉆孔排式布置，與淺部水泥注漿孔錯(cuò)開(kāi)，排距2.5 m。每排7 個(gè)孔，其中正頂1 個(gè)，兩肩各1 個(gè)，兩腰各1個(gè)，兩底角各1個(gè)。鉆孔垂直巷壁。孔深5 m。孔徑φ 28 mm。全長(zhǎng)50 m巷道共布置24排、計(jì)144個(gè)注漿孔。

3.3 注漿參數(shù)

3.3.1 注漿壓力

西方文明發(fā)展演進(jìn)邏輯是生產(chǎn)力發(fā)展的結(jié)果，受到西方歷史條件、地緣條件和文化傳統(tǒng)的影響。中國(guó)文明自信演進(jìn)邏輯也是生產(chǎn)力發(fā)展的結(jié)果，也受到中國(guó)歷史文化傳統(tǒng)和地緣條件的影響。二者不是天然對(duì)立的，而是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展演進(jìn)的邏輯展開(kāi)。

圍巖淺部水泥注漿時(shí)要求的壓力達(dá)到3 MPa，時(shí)間要求為達(dá)到5 分鐘，最大注漿壓力不得超過(guò)5 MPa。深部化學(xué)材料注漿要求注漿壓力為8 MPa，時(shí)間要求為達(dá)到1 min，最大注漿壓力不得超過(guò)10 MPa。

3.3.2 注漿順序

先淺部水泥注漿，后深部化學(xué)注漿。水泥注漿先由施工段下端開(kāi)始，依次向上移動(dòng)。每排先兩底角再兩腰、再兩肩，最后注頂。深部化學(xué)注漿總順序由上向下施工。每排先左后右。先注出水少的一側(cè)，后注出水多的一側(cè)。

3.3.3 注漿量

注漿以達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力為準(zhǔn)。根據(jù)此礦以往的注漿經(jīng)驗(yàn)，預(yù)計(jì)本次注漿量為200 m3；其中淺部水泥注漿量約占90%，需要水泥144 t；深部化學(xué)材料注漿量約占10%，需要化學(xué)注漿材料CH-601液16.7 t。

3.3.4 注漿材料

近年來(lái)，網(wǎng)購(gòu)盛行，但也存在產(chǎn)品真假難辨，出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題維權(quán)難等引發(fā)購(gòu)物風(fēng)險(xiǎn)的一系列問(wèn)題。因此，企業(yè)建立有影響力的網(wǎng)絡(luò)品牌有助于讓消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生信任，并通過(guò)保障產(chǎn)品質(zhì)量和提供良好服務(wù)，促進(jìn)產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)銷(xiāo)售。

打眼→連接注漿管和注射槍→用高壓膠管連接注射槍和注漿泵→將兩根吸管分別插入裝有鎂多寶材料A液和B液的桶內(nèi)→開(kāi)泵注漿→沖洗機(jī)具→停泵→拆卸注射槍。

4 施工工藝

4.1 水泥注漿施工[4]

首先，電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)在課程體系設(shè)置方面存在很大的局限性。課程主要是校內(nèi)的必修課程及專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，缺少培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的課程和相關(guān)環(huán)節(jié)，如校內(nèi)的通識(shí)教育課程和專(zhuān)業(yè)學(xué)科前沿講座，校外的專(zhuān)題講座和學(xué)術(shù)會(huì)議等。現(xiàn)有課程在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方面的作用和輻射力還很小，這給電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)帶來(lái)很大的阻礙。

也許是去年效益好的緣由，今年的園里栽了不少美人嬌花，園林的負(fù)責(zé)人說(shuō)，美人蕉花是雞冠花好幾倍，難怪前些年那片土慌著。給人一種園好企業(yè)興的感覺(jué)。

崔：既然提到了“拉三”，那么這幾個(gè)經(jīng)典版本的“拉三”，哪個(gè)是您的最?lèi)?ài)？是拉赫瑪尼諾夫本人的經(jīng)典演繹？是霍洛維茲的傳承和創(chuàng)新？是阿格里奇的極致炫技？還是范·克萊本在“柴科夫斯基國(guó)際鋼琴比賽”中對(duì)此曲的解構(gòu)與重塑？

設(shè)備保養(yǎng)：制漿機(jī)和注漿泵需做到每班使用前進(jìn)行加油維護(hù)，每注漿達(dá)到15 t水泥時(shí)，需要更換注漿泵的加壓柱塞、膠墊、閥座等部件。

水泥注漿主要工序：

二是逆周期監(jiān)管中通過(guò)確定最低資本充足率水平來(lái)緩釋順周期性。資本充足率是指一個(gè)金融機(jī)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的資本總額對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)加權(quán)資產(chǎn)的比率，是保證金融機(jī)構(gòu)在市場(chǎng)中正常運(yùn)營(yíng)和發(fā)展所必需的資本比率。在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行過(guò)程中，各國(guó)金融監(jiān)管部門(mén)都會(huì)根據(jù)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化運(yùn)用自由裁量權(quán)來(lái)確定金融機(jī)構(gòu)資本充足率的管制，以緩釋監(jiān)管中帶來(lái)的順周期性。在經(jīng)濟(jì)下行時(shí)監(jiān)管部門(mén)會(huì)降低金融機(jī)構(gòu)的最低資本充足率,在經(jīng)濟(jì)上行時(shí)監(jiān)管機(jī)構(gòu)會(huì)提高資本充足率。最低資本充足率的確定，直接影響著金融運(yùn)行中的安全與周期性問(wèn)題。

（1）制漿：制漿方法采用機(jī)械方法，漿液的濃度控制方法為先稀后濃的方法。

一是將紅色文化融入課程設(shè)計(jì)。我軍紅色文化內(nèi)涵豐富、源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。比如井岡山精神、長(zhǎng)征精神、延安精神、雷鋒精神、“兩彈一星”精神等，其價(jià)值不僅體現(xiàn)在當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)兀匾氖菍?duì)社會(huì)進(jìn)步和軍隊(duì)發(fā)展能夠產(chǎn)生積極影響。課程是院校教育的重要載體，將豐富的紅色文化融入課程設(shè)計(jì)之中，推動(dòng)紅色文化課程化，對(duì)于軍隊(duì)院校文化建設(shè)及我軍紅色基因的傳承，都具有重要意義。

（2）壓注：注漿時(shí)采用雙液形式注漿，采用直徑φ 19 mm 高壓膠管壓送。當(dāng)注漿泵壓力升至3 MPa 后，繼續(xù)壓注5 min后關(guān)閉注漿泵，關(guān)閉閥門(mén)，注漿結(jié)束。

化學(xué)注漿孔采用手持式幫錨桿機(jī)或頂錨桿機(jī)配用φ 28mm 合金鋼鉆頭套孔打至成孔，孔深為5 m，成孔后下入注漿管。注漿管由長(zhǎng)1 m，φ 12.7mm 無(wú)縫鋼管兩端套扣連接而成。

施工工藝[5]：標(biāo)定鉆孔位置→鉆孔→檢查鉆孔質(zhì)量→安裝注漿管及球閥→制漿→開(kāi)泵、注漿→封孔→凝固→驗(yàn)收質(zhì)量。

塵世中的好男人，應(yīng)該就是這個(gè)模樣了吧。生而為人，誰(shuí)還沒(méi)幾個(gè)缺點(diǎn)呢？畢竟你我，也只是許姣容那般的普通女子，求的是平安順?biāo)欤氖前最^偕老，盼的是子孫滿(mǎn)堂。完美太難得，幸福就很好。

4.2 化學(xué)注漿施工

清洗：每次注漿完成必須立即將注漿泵吸漿管放到清水池內(nèi)吸取清水，對(duì)注漿泵加壓泵腔和注漿管路進(jìn)行清水清洗，并保證清洗時(shí)間在10 min以上。

施工工藝：標(biāo)定鉆孔位置→鉆孔→檢查鉆孔質(zhì)量→施工錨索→安裝注漿鋼管→錨索鎖具鎖死注漿管→準(zhǔn)備漿液→開(kāi)泵注漿→封孔→檢查注漿質(zhì)量→驗(yàn)收。

化學(xué)注漿采用ZBQ-5/12 加強(qiáng)型專(zhuān)用風(fēng)動(dòng)雙液注漿泵。

其注漿施工過(guò)程和水泥注漿類(lèi)似，如下：

3.2.2 圍巖深部注漿孔參數(shù)

圍巖淺部注漿材料選用山水集團(tuán)325#硅酸鹽水泥與添加劑。水灰比例調(diào)整為0.8：1，把水玻璃由40°Bé稀釋成20～30°Bé的濃度，水玻璃的用量要求為水泥漿用量的20%左右。圍巖深部注漿材料選用CH-601材料，此材料由A液、B液兩種真溶液組份組成，A液與B液配比比值為20：1。

圖2 注漿過(guò)程

5 現(xiàn)場(chǎng)施工

5.1 施工工程量

本次在對(duì)副斜井30 m～90 m滲水區(qū)域進(jìn)行注漿止水導(dǎo)流綜合治理中，施工水泥鉆孔67 個(gè)，共注水泥漿118 t，水玻璃23.6 t；施工化學(xué)漿液鉆孔24 個(gè)，注化學(xué)材料11 t，副斜井挖溝槽80 m×0.3 m×0.2 m，埋管導(dǎo)流至聯(lián)巷處水倉(cāng)。

5.2 注意事項(xiàng)

(1)在注漿孔施工過(guò)程中，不得隨意更換鉆頭直徑，保證鉆孔直徑符合要求。

(2)打眼前在鉆桿上做標(biāo)記，保證打眼深度。打眼時(shí)嚴(yán)禁來(lái)回拉動(dòng)鉆桿，以免擴(kuò)大孔徑。

(3)安裝注漿管前，必須用壓風(fēng)或高壓水吹（沖）凈眼孔內(nèi)殘存物質(zhì)，確保封口嚴(yán)實(shí)。壓風(fēng)或高壓水開(kāi)啟時(shí)，管口前方嚴(yán)禁站人。

(4)開(kāi)機(jī)前應(yīng)檢查注漿設(shè)備和管路，檢查閥門(mén)是否完全開(kāi)啟，管路接頭要牢靠、嚴(yán)密、有效。注漿管必須采用合格的高壓膠管。

(5)操作封孔器時(shí)不能正面面對(duì)，必須在注漿管內(nèi)脈沖壓力釋放后再開(kāi)啟注漿閥門(mén)。

(6)司泵員必須始終嚴(yán)密注視泵壓，關(guān)注泵況，并隨時(shí)與前方觀(guān)察人員聯(lián)系，一旦發(fā)現(xiàn)有巖壁松動(dòng)、跑（漏）漿、注漿壓力突然驟降等異常情況，應(yīng)立即停止注漿，查明原因，采取措施后才準(zhǔn)恢復(fù)注漿施工。

(7)作業(yè)場(chǎng)所必須備有一定量的清潔用水，如漿液不慎濺到皮膚或眼睛內(nèi)，應(yīng)立即用大量清水沖洗，嚴(yán)重者應(yīng)立即就醫(yī)，人體不得接觸化學(xué)注漿材料。

(8)整個(gè)注漿系統(tǒng)高壓端的聯(lián)接件必須聯(lián)接牢固，注漿時(shí)連接管路的扁銷(xiāo)必須使用正規(guī)的扁銷(xiāo)，不得使用鐵絲代替。

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)(也習(xí)慣稱(chēng)為地源熱泵或地源熱泵系統(tǒng))是一種通過(guò)利用地下巖土層中存在的淺層地?zé)崮埽瑸樯虡I(yè)、公共和住宅建筑夏季制冷、冬季供暖的環(huán)保能源利用系統(tǒng)。它是一個(gè)總稱(chēng)，包括了土壤耦合熱泵系統(tǒng)、地下埋管換熱器地源熱泵系統(tǒng)、地下水熱泵系統(tǒng)、地表水熱泵系統(tǒng)等[1]。該項(xiàng)研究針對(duì)的是地下水熱泵系統(tǒng)進(jìn)行的研究。地下水源熱泵系統(tǒng)本身是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其能效比等級(jí)的預(yù)測(cè)屬于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線(xiàn)性擬合應(yīng)用的領(lǐng)域[2]。由于傳統(tǒng)的建模方法很難有效地解決系統(tǒng)非線(xiàn)性這個(gè)特點(diǎn)而產(chǎn)生的問(wèn)題，所以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線(xiàn)性特點(diǎn)對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中因非線(xiàn)性而造成的問(wèn)題很好地進(jìn)行模擬。

6 施工效果

利用CH-601 材料結(jié)合水泥對(duì)滲水區(qū)進(jìn)行封堵后，其效果良好，堵水率達(dá)到95%以上，施工結(jié)束后滲水量降低到0.2 m3/h，頂板滴水不再成線(xiàn)，冬季不再出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，消除了斜坡巷道打冰風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)解決了傳統(tǒng)水泥注漿時(shí)水泥漿在微小裂隙中擴(kuò)散不充分、堵水效果不好的問(wèn)題，解決了水泥注漿施工時(shí)環(huán)境差，勞動(dòng)量大等問(wèn)題，同時(shí)也解決了提高巷道圍巖的密閉性，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。