預(yù)注漿技術(shù)在礦山井巷工程施工中的應(yīng)用

何守偉

（貴州鑫誠科技有限公司，貴州 貴陽 550003）

將預(yù)注漿技術(shù)運(yùn)用于礦山井巷工程施工中，在地面形成封閉的隔水層，阻擋水分的滲透，突破地質(zhì)環(huán)境的局限，可更好發(fā)揮技術(shù)的優(yōu)勢以改善施工環(huán)境，確保礦山井巷工程的順利進(jìn)行。

1 預(yù)注漿技術(shù)在礦山井巷工程施工的應(yīng)用

1.1 注漿前準(zhǔn)備工作

第一，回采工作面前，需要事先布置水平探眼在工作面上，確定好陷落柱的具體位置。第二，為了保證作業(yè)的安全性，需要在回采前準(zhǔn)備工字鋼、備用單體柱等材料，放置隔膜泵、排水管、風(fēng)泵在工作面低洼處。第三，根據(jù)具體的地質(zhì)資料，陷落柱會在回采前發(fā)生揭露，因此，必須在此之前校正陷落柱邊界并對邊界處的煤巖分界層注漿[1]。

1.2 確定注漿孔數(shù)及排列方式

鉆注漿孔可以探測地下水層或者進(jìn)行注漿，在進(jìn)行挖掘鉆孔的過程中，地下水層的存在會影響整體的施工進(jìn)度，可以利用探水孔探測巖層類型、涌水壓巖層的破壞層度及水量上涌程度，再根據(jù)探測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)并確定注水泥漿的相關(guān)參數(shù)，確保施工過程的合理性和科學(xué)性。井筒直孔段布孔圈徑12.1m，均勻分布6個(gè)注漿孔，早期的注漿孔為10個(gè)～20個(gè)減少為現(xiàn)在的個(gè)位數(shù)。在正式施工時(shí)，根據(jù)施工需要，確定6個(gè)注漿孔數(shù)鉆孔位置、間距、及施工順序，開始鉆孔并檢測鉆孔的質(zhì)量，再安裝注漿管和封孔部件。根據(jù)測量可得，注漿孔直徑為90m，孔間距為2.3m，施工順序?yàn)橐恍蚩祝篫135#，二序孔：Z2、4、6#[2]。使用風(fēng)動煤鉆通過徑向傾斜的方法進(jìn)行打孔，對于預(yù)注漿工程的直孔固管段偏斜要求在2%范圍內(nèi)，傾斜精度為5度，設(shè)定偏距為3m，鉆孔軌跡大體均勻分布。

1.3 設(shè)定注漿參數(shù)

在實(shí)際的施工過程中設(shè)定好注漿參數(shù)。第一，確定注漿段高。注漿的段高的最終確定需要根據(jù)地質(zhì)水層的具體厚度、注漿的最佳深度及鉆孔的深度三方面綜合分析。對礦山井巷進(jìn)行施工前，需要進(jìn)行事先勘測和分析，確定地下水層的具體位置，富含水層的具體位置是當(dāng)鉆孔深度達(dá)到一定深度時(shí)，可能出現(xiàn)多端斷裂破碎帶。從施工的角度考慮，為保證施工的安全性，安全穩(wěn)定通過這段區(qū)域，就必須設(shè)置注漿長度與富含水層一樣的深度，注漿孔必須穿過含水層底板以下最合適的距離才可以保證安全[3]。第二，注漿壓力。注漿壓力須高于靜水的壓力，保證在預(yù)注漿的過程中的壓實(shí)擴(kuò)散和充賽。在正式施工時(shí)，根據(jù)地質(zhì)條件充分考慮地下水層的深度、壓力，設(shè)置預(yù)注漿的壓力必須為靜水壓大小的2倍。第三，確定預(yù)注漿的使用范圍及配料。礦山井巷的施工需要根據(jù)不同的地質(zhì)條件及地下水層的具體情況確定注漿范圍。進(jìn)行注漿材料的配比時(shí)，一般使用的材料為普通硅酸鹽水泥和水玻璃，根據(jù)施工的實(shí)際需要并嚴(yán)格按照不同材料的配比比例科學(xué)地制定配料。第四，確定預(yù)注漿的擴(kuò)散范圍。進(jìn)行預(yù)注漿之前，需要根據(jù)施工環(huán)境、地質(zhì)條件、技術(shù)操作特點(diǎn)來計(jì)算出預(yù)注漿的具體擴(kuò)散范圍。

1.4 科學(xué)鑒定注漿結(jié)果

注漿施工完成后，檢查注漿的每個(gè)環(huán)節(jié)并科學(xué)、合理地分析、評定檢測的結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)關(guān)注最薄弱的環(huán)節(jié)。按照實(shí)際施工環(huán)節(jié)和具體情況檢測孔洞深度并進(jìn)行分析，從而確保孔洞不會發(fā)生漏水現(xiàn)象。另外，在檢查漏水現(xiàn)象時(shí)，還需要配合水壓的檢測，根據(jù)檢測的綜合數(shù)據(jù)確定注漿結(jié)果。

2 預(yù)注漿的施工工藝

2.1 超前探測施工工藝

超前探測的施工情況主要分為：第一，在工作面回采前，使用風(fēng)動煤鉆在支架前面煤墻進(jìn)行打眼，工作面的范圍一般在揭露范圍及陷落柱揭露邊界的范圍。第二，正常推進(jìn)工作面后，打探眼的方式按照推進(jìn)的距離、陷落柱揭露范圍且平行于順槽方向進(jìn)行，以探明推進(jìn)方向8m范圍的陷落柱邊界位置，有利于提前在邊界注漿。

2.2 短柱漿孔施工工藝

礦山井巷施工的內(nèi)頂板一旦出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，長時(shí)間沒有處理的話，就會威脅作業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。淺孔一般用于封水、堵水、引水及加固圍巖，滲水的面積與圍巖有關(guān)，一旦圍巖破碎，就會增加施工的難度。短柱漿孔注漿壓力一般不會過大，超出壓力就會造成內(nèi)頂板脫落現(xiàn)象。注漿灌入具體的孔洞時(shí)，相鄰的淺孔打開截止閥，從中流出存儲在原始管道中的裂隙水，一旦流出的是較濃稠的泥漿時(shí)，就要即刻關(guān)閉淺孔停止注漿。閥關(guān)的關(guān)閉與控制壓力有關(guān)，一旦達(dá)到閾值須關(guān)閉閥關(guān)；然后，將注漿軟管接到相鄰淺孔上，打開閥關(guān)借助壓力開始注漿，把握好控制壓力和時(shí)間后，停止注漿，關(guān)閉注漿閥[4]。

2.3 長注漿孔施工工藝

利用雙液注漿加固孔口管以保證其的抗拔力，根據(jù)實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整相應(yīng)的鉆孔位置。進(jìn)行注漿時(shí)，需要配備2臺長鉆機(jī)和2臺注漿泵，時(shí)刻注意注漿時(shí)孔洞的水壓及水量多少。一旦水量超過規(guī)定的數(shù)值（20m3/h）或者出現(xiàn)嚴(yán)重破損時(shí)，必須停止注漿。對孔內(nèi)進(jìn)行注漿或者密封時(shí)，如果沒有出現(xiàn)特殊情況，就繼續(xù)進(jìn)行施工。完成施工后，無論孔內(nèi)水量的多少都需要進(jìn)行具體的堵漏和注漿，注漿水泥的多少按照產(chǎn)水總量的2倍大小進(jìn)行。

2.4 注漿工藝

注漿一般采用雙液結(jié)合單液的方式，礦漿在裂縫中流動及壓實(shí)的能力主要通過注漿的壓力進(jìn)行驅(qū)動，它可以控制礦漿的擴(kuò)散距離。在長期的施工案例中，一般注漿的最大壓力峰值范圍在10MPa～12MPa，擴(kuò)散半徑在2m左右，滿足這個(gè)范圍基本可以進(jìn)行注漿。注漿的過程受相應(yīng)的頂板的影響，施工人員必須時(shí)刻注意頂板是否發(fā)生脫落、滑動現(xiàn)象，一旦發(fā)生即可停止注漿。

注漿使用的注漿泵為無級變速的注漿機(jī)XPB-50和注漿泵2TGZ-60/210型，注漿的材料及泥漿按單液注漿比例為1：1的重量比，單液及雙液混合注漿。攪拌漿料的工具采用桶式混合器，進(jìn)行攪拌時(shí)，具體篩分水泥以保證未硬化的水泥塊可以進(jìn)入混合系統(tǒng)。在漿槽內(nèi)均勻混合相應(yīng)的漿液，并用氣動攪拌器進(jìn)行攪拌以防止沉淀。

2.5 地面“L型”鉆孔圍巖加固

為保證礦山井巷和硐室圍巖長期穩(wěn)定和支護(hù)安全性，解決井底巖體破碎、高地應(yīng)力的難題，需要進(jìn)行地面“L型”的鉆孔圍巖加固預(yù)注漿。通過地面鉆進(jìn)垂直孔、增斜、降斜等措施在井巷和硐室形成水平孔，注漿加固圍巖，減少注漿鉆孔的工程量和縮短工期，減少后期的支護(hù)和二次修復(fù)以保證硐室和井巷的圍巖穩(wěn)定和支護(hù)安全[5]。

2.6 回采工藝

回采工藝的工序?yàn)楦蠲旱较萋渲吔纾⒂貌擅簷C(jī)割煤裝巖、前溜進(jìn)行開空，鋸管和逼幫，再重復(fù)第一步，不斷循環(huán)重復(fù)。工作面陷落柱揭露邊界位置邊界10m內(nèi)外區(qū)域，一般采用回采工藝，根據(jù)地質(zhì)質(zhì)量計(jì)算陷落柱揭露位置與推進(jìn)尺度的關(guān)系，采用采煤機(jī)配合放炮破巖進(jìn)行推進(jìn)。

3 注漿施工的注意事項(xiàng)

注漿的順序是封堵井壁到止?jié){墊外圍以形成帷幕后再對工作面進(jìn)行預(yù)注漿。礦井井筒內(nèi)由于水量大造成靜水壓力大，需要高壓注漿，如果直接對井筒進(jìn)行預(yù)注漿，井壁到止?jié){墊外圍往往無法承受注漿的高壓，導(dǎo)致井壁產(chǎn)生破裂，威脅作業(yè)人員的安全。因此，只有加固好井壁到止?jié){墊外圍才能開始對工作面進(jìn)行注漿。

在正式進(jìn)行預(yù)注漿時(shí)，需要注意的是，預(yù)注漿之前，需要徹底清洗各個(gè)注漿孔，確保每個(gè)注漿孔可以正常工作，降低注漿出現(xiàn)問題的概率，提高注漿的質(zhì)量和效率。再進(jìn)行注漿時(shí)，根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行注漿配料的比例調(diào)配，不能隨意增減原料。完成注漿施工后，及時(shí)拆卸注漿設(shè)備，且要將注漿壓力維持在合理的范圍內(nèi)，防止過大的壓力使注漿設(shè)備對施工人員造成危害。

4 預(yù)注漿技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 加大理論研究力度

從當(dāng)前的預(yù)注漿技術(shù)來看，應(yīng)該重點(diǎn)研究注漿漿液與裂隙的作用、地質(zhì)水層的影響、地質(zhì)環(huán)境構(gòu)成等內(nèi)容。研究其中的規(guī)律為具體的施工提供注漿參數(shù)提供可靠數(shù)據(jù)。

4.2 加強(qiáng)行業(yè)交流

預(yù)注漿技術(shù)與其他技術(shù)一樣，在很多工序都大致相同，可以充分學(xué)習(xí)其他技術(shù)的優(yōu)勢，有針對性、技術(shù)性地應(yīng)用于施工中。如：注漿造孔流程借鑒石油鉆探技術(shù)，根據(jù)實(shí)際的施工情況以及自身的特點(diǎn)創(chuàng)造出適合自己發(fā)展的技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。

4.3 施工技術(shù)的更新

加大對資金的投入、引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，充分考慮整體工程，不斷對技術(shù)進(jìn)行改造、創(chuàng)新，使工程的施工向高效、節(jié)能、環(huán)保方向發(fā)展。礦山井巷工程較為復(fù)雜、綜合性及具有較大的危險(xiǎn)因素，因此需要采用各種技術(shù)提高工程的作業(yè)水平，降低施工難度。創(chuàng)新技術(shù)是行業(yè)發(fā)展的內(nèi)在需求，也是發(fā)展的必然要求。如：高壓無極調(diào)速注漿泵結(jié)合信息化系統(tǒng)檢測注漿的整體過程，對工程施工具有重要作用，保證施工的高效性和安全性。

4.4 廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域

預(yù)注漿技術(shù)的綜合性較強(qiáng)，除了應(yīng)用于礦山井巷工程，還可以應(yīng)用于交通建筑、水利工程等，本身的擴(kuò)展范圍較大，更好地服務(wù)于更大領(lǐng)域，保證工程的質(zhì)量。

5 結(jié)語

礦山井巷工程是一項(xiàng)復(fù)雜性、高難度、危險(xiǎn)性的項(xiàng)目，而預(yù)注漿技術(shù)則是整個(gè)工程是否順利進(jìn)行的關(guān)鍵。注意注漿施工的重要事項(xiàng)，保證施工前、施工中和施工后期的操作符合流程，以及確保施工人員按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行施工。改進(jìn)并創(chuàng)新現(xiàn)有的預(yù)注漿技術(shù)，更好地服務(wù)于礦山井巷工作，保證煤炭產(chǎn)業(yè)的長期、健康發(fā)展。