斜坡道注浆堵水浅谈

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:woaibaobei123321
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  摘要:2007年我公司在乌拉特后旗紫金矿业有限公司承包了紫金矿业三贵口铅锌矿巷道的掘进施工工程,由于没有水文地质资料,原设计只按照想象的情况给出了基本没有涌水的信息,按照原设计提供的内容进行正常施工,在掘进到斜坡道650米位置时底板出现涌水,在650米—1035米阶段涌水从12m³/h增加到47.8m³/h,更为严重的是在2008年5月1日掘进到1035米时遇见了一个上世纪70 年代化工部勘探时没有封好孔的地质钻孔,出现突水,涌水经测试为170m³/h,加上巷道涌水总量超过200m³/h,当时井下排水能力为50m³/h,经过紧急抢险,我们在突水部位施工了止浆墙,经过注浆堵水,很快恢复生产。从2008年5月21日开始到2010年9月30日为止,我们共在斜坡道注浆91次、830平巷注浆16次、780平巷注浆21次、730平巷注浆44次。共进行了172次注浆堵水,积累了一定的经验,也有过一定的教训。
  关健词:涌水;排水;注浆堵水
  中图分类号:S276文献标识码: A
  
  1.工程概况
  矿区处于阴山西部岩浆岩、变质岩裂隙水较贫地段,区域内干燥少雨,无常年地表迳流,含水岩系出露面积有限,地下水主要赋存于基岩裂隙和松散层孔隙内,根据现有主竖井揭露的情况,本矿区水文地质条件较为复杂,地下水位偏高且赋存面积大,含水层厚度不详,对施工不利。
  本工程围岩主要为云母片岩、白云石大理岩、石英岩,稳固性较好,坚固系数f=11。
  我方承担施工的是其中的主斜坡道工程,井口标高为1040.079m,设计井底标高为530m,斜坡道坡度为15%,斜长为3596.70m。
  2.涌水及突水情况
  斜坡道在第一次遇见钻孔突水之后我们经过甲方同意,设置了止浆墙进行封水,并且成功地进行了第一次止浆堵水,效果很好。随即进入大量、频繁涌水地段。只能采取短探短掘短注的方式进行施工,也曾尝试长段注浆,但效果很差。按照设计要求我们在正常探水时单孔出水超过30m³/h时即进行注浆堵水。
  3.注浆前的工作
  3.1目前工作面被水淹没,第一步,采用大于总涌水量的排水能力,把巷道现有存水控制到出水工作面。在注浆堵水的同时,选择距工作面近且合适的位置再形成一个临时水仓,形成较固定的排水设施和能力。在排水的同时及注浆之前形成足够能力的井下供电网络。
  3.2准备好钻、注设备、设施和材料。
  3.3注浆工作顺序:根据工作面岩石节理构造具体情况,当抽水至工作面揭露出工作面岩壁之后,及时采用孔口管、木桩及其它易膨胀材料,直接堵漏法封堵岩壁表面,以减少和控制现有涌水量;短段壁后注浆;打建止浆墙;工作面巷道压顶刷扩;长段工作面注浆。
  4.排水
  原有井下临时水仓设有两台D46卧泵,设计排水能力为92立方米/时。作业面用3.0KW潜水泵多台向临时小水窝排水,并由30KW及11KW潜水泵排至临时水仓,由临时水仓卧泵排至地面。系统排水能力约50立方米/时,涌水量经实测最大为34.59立方米/时。
  随着斜坡道延伸涌水总量不断增加,约达170立方米/时,原有排水系统已不能满足排水要求,因此又在830中段内增设较大容量临时水仓,安装150D卧泵4台(2用2备),安装两路Φ159排水管,实际形成220立方米/时以上的排水能力。
  5注浆方案
  5.1直接堵漏法
  当涌水压到作业面时,利用木桩、黄豆、海带等膨胀物将钻孔及裂隙出水封堵住。如钻孔没有被冲刷变大,则直接用孔口密封装置打入孔內关住球阀等待注浆,水压过大时用长孔口密封装置或长木桩多人堵水并打入孔内再关住球阀或重新打眼再止水注浆。
  
  5.2短段壁后注浆:
  经过直接堵漏法处理注浆工作面后,一般情况下可以减少工作面的涌水量,并且为下一工序的堵注施工提供前提条件。
  短段注浆:选用YT-28凿岩机、5米钎子杆、40钻头,孔深4.5米,选用ZTGZ-60/210型号注浆机进行单孔双液注浆。注浆孔数视现场情况而定。短段注浆压力不易过大,注浆量视注浆压力变化而定,短段注浆的目的主要是加固围岩和工作面,使4-5米的工作面成为承受一定压力的止浆墙。
  5.3巷道工作面止浆墙
  5.3.1巷道工作面注浆止浆墙选择
  为防止受压浆液和裂隙水从工作面涌出,并保证浆液在最大注浆压力作用下沿裂隙有效的扩散,注浆前,在工作面设置止浆墙。本设计选择预留止浆岩柱设置止浆墙,其优点是工序少、工期短、成本低。5.2条对预留止浆墙已阐述,如果预留止浆岩柱不能起到止浆墙的作用,将进行重新建筑砼止浆墙。
  5.3.2止浆墙厚度
  止浆墙厚度根据下式确定:B=P*S*λ/(〔τ〕*L)=6.0*14.47*1.2/(14.44*4.8)=1.5m(取值0.8m)(考虑到工作面岩石较好墙厚取值较小)
  B—止浆岩柱厚度/m
  P—注浆终压/MPa(注浆终压取60KG)
  S—岩柱断面积/m2
  λ—过载系数,一般取1.1~1.2
  〔τ〕—岩石允许抗剪强度/ MPa
  L—巷道周边长度/m
  根据斜坡道工程地质、水文地质条件及现场实际情况,在注浆堵水前首先在破碎带周围打锚杆眼,安装2.0m长管缝式锚杆,挂¢6钢筋网,网孔间距100*100。分两次喷射100mm厚混凝土。这样,既防止注浆时浆液沿破碎带跑浆,同时加固止浆墙强度,防止在较大的注浆压力下产生冒落垮塌事故。
  5.4巷道工作面注浆方式及注浆孔布置
  5.4.1注浆方式及段长选择
  斜坡道通过地段为裂隙含水层,设计采用分段前进式的注浆方式,每5~10m为一注浆小分段。如果为破碎带含水,注浆采用小分段2~3m。由外及里分段,在同一段内钻孔与注浆交替进行,终孔后,由里及外分段复注。
  根据含水裂隙的导通性可以调整段长,初注分段长度最大不得超过30m,复注分段长度最大不得超过50m。
  5.4.2注浆孔数的选择
  注浆孔数与裂隙发育长度、浆液有效扩散半径及巷道断面大小有关,根据斜坡道穿过的水文工程地质条件,注浆孔数一般为4~8个。裂隙大、导通性好,取小值;一般裂隙、导通性,取大值。
  5.4.3工作面注浆孔的布置
  在裂隙分布比较均匀,水力导通性较好的情况下,注浆孔平行斜坡道方向,并且靠近巷道荒断面的轮廓线布置直孔。
  5.5注浆孔的钻进
  5.5.1钻机选型
  选用赤峰钻机修造厂的钻石KZ-----300型钻机。
  注浆孔开孔直径36.5mm,孔口管外径33mm,注浆孔直径25.4mm。
  5.5.2钻机选型及钻机安装
  选用赤峰钻机修造厂的钻石KZ-----300型钻机。
  注浆孔开孔直径36.5mm,孔口管外径33mm,注浆孔直径25.4mm。
  钻机就位前对作业地点进行安全检查,确保安全施工。注浆孔定位要用经纬仪标定,钻机安装后进行复测。如果孔内压力高,可在钻机底部用横梁固定钻机。
  5.5.3钻进
  一般情况下,先钻注上方注浆孔,后钻注下方注浆孔,一般用清水钻进。冲洗液一般控制在50~100L/min比较适宜。钻进要轻压、慢速均匀给进。
  第一钻孔深度设计为100米,其它注浆钻孔长度根据含水层厚度而定,设计其孔深超过含水层构造带5-10米。
  钻进注浆孔遇有水压高和突水的可能,应采取有效措施,确保安全钻进。
  5.6注浆施工
  5.6.1注浆站布置
  注浆站尽可能布置在转载硐室内或较宽的巷道内,便于设备集中管理。注浆采用ZTGZ-60/210型双液调速高压专用注浆泵。柱塞的往复次数有四个速度,可随意改变输浆量,外形尺寸(L×b×h)1750×945×1120mm,质量1050kg,电动机型号BJ02-51-4,功率7.5KW,电压380V。可以满足本次注浆压力和流量的要求。
  为了便于注浆施工,注浆泵安装在距出水点10 m以内的斜坡道内并摆放平整,同时,水泥、浆液池布置在注浆泵的周围。
  制作2个容量0.75m3的浆液桶,浆液桶可采用2.5mm厚度的钢板和角钢制作,直径×高=1000×1000mm。一个作为吸浆桶,水泥浆在搅拌机内搅拌均匀后才能放入吸浆桶。第二个桶装水玻璃。浆液桶放在注浆泵后面适当位置摆放平稳。
  5.6.2注浆工序
  钻进→压水→注浆→扫孔→钻进→压水→注浆→扫孔循环
  5.6.3注浆参数
  对于一般的破碎或裂隙水,通常采用的浆液类型为单液水泥浆或水泥—水玻璃双液浆,主要是根据破碎带的围岩渗透系数确定。本次设计采用双液浆。
  5.6.3.1注浆段高
  工作面预注浆,尽可能减少分段次数,根据导水裂隙(破碎)带走向与斜坡道走向的关系,注浆段高选取15m,段长为100m。
  壁后注浆时,段长为20m。
  5.6.3.2、注浆终压
  当工作面预注浆时:
   Pφ = PH + H*γc/100
  =6+15*1.3/100
  =6.2MPa
   式中: Pφ—结束注浆时孔口的最大压力,注浆终压;
  PH—结束注浆时注浆泵上的表压力;
  H—计压点以上的浆液柱高度,即注浆段高;
  γc—浆液的比重。
  当壁后注浆时
  Pφ= PH + H*γc/100
  =0.8 +10*1.3/100
  =0.93 MPa(或取净水压力的2-3倍)
  注浆泵选型时压力一般为工作最大压力的1.5倍,即不小于10 MPa。
  5.6.3.3、浆液扩散半径
  根据围岩的渗透系数及采取的浆液类型、注浆压力,控制其扩散半径在10m左右。
  5.7注浆材料
  注浆材料选用42.5级普通硅酸盐水泥,制浆用水不得使用井下污水。水玻璃模数要求为2.4~3.4,浓度50Be,稀释成35~38。水泥浆的水灰比为2:1、1.5:1、1:1、0.8:1,刚开始注浆时水泥浆的浓度最低,随着注浆进行,逐步调高浆液的浓度。水泥与水玻璃﹙Na2O·nSiO2﹚的比例为1:0.5~1:1(重量比)。不同的配合比,能够控制不同的凝胶时间,使浆液起到充填、充塞、渗透、挤压等作用而达到堵水或加固目的。在注浆前需要进行浆液配比的试验,测定在不同的配合比例时双液浆的凝固时间,并做好记录。
  5.8注浆工艺
  5.8.1工艺流程
  因注浆工序比较简单,但具体注浆操作技术较难掌握,其主要工序有:地质编录—锚杆、挂网、喷射混凝土形成止浆结构—钻孔—埋注浆管—浆液制作—注浆—封管—检查注浆效果—结束注浆。
  5.8.2浆液制作
  5.8.3压水试验
  将注浆泵安装好后,与注浆管连接。在确认泵安装无误,管路不漏浆、渗浆后,进行压水试验。通过压水试验,冲洗岩石裂隙中的泥浆和充填物,提高浆液结石体与岩石裂隙面的粘结强度及抗渗能力,同时测试钻孔单位涌水量大小,以此确定是否采用单液水泥浆还是双液浆,以及浆液的浓度和配比。注水压力尽量控制在比设计注浆终压高0.5Mpa左右,压水时间为10~20min,裂隙连通性好时间短,否则时间长。
  5.8.4注浆
  首先采用单液水泥浆,浓度较稀,一般水灰比为2:1,注入一段时间后,逐步将水灰比提高到1:1,并且加入水玻璃,采用双液注浆。水泥浆与水玻璃的重量比根据试验值确定的凝固时间再视注浆时吸浆量大小确定。注意:在混合器位置防止发生堵塞。
  当浆液在裂隙中沉析、充填时,若压力不升、进浆量不减,应逐级加大浆液的浓度并采用凝固时间较短的双液浆配比,每次更换浆液配比,其持续时间一般为20min左右。
  当浆液注入量接近预计注入量的50%,其压力不升、注浆量不减时,宜采用低压、间歇式注浆。
  5.8.5注浆结束标准
  正常情况下,当注浆压力由小变大、注浆量由大变小,当注浆压力达到设计的终压时,注浆量为100~120L/min,稳定20~30min,即可结束注浆。
  注浆结束后,需要在旁边适当位置钻一个检查孔,检查涌水量的大小,如果涌水量较大,再需要进行补注。
  斜坡道注浆结束后,本段的涌水量控制在5m3/h以内。
  5.8.6封管
  当注浆结束后,拆除连接管抹平孔口,用大于孔口直径的圆木楔紧。凡本方案未尽事宜,应遵照SL62—94《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》中的有关规定执行。
  按上述方法注浆一段后,在掘进过程中如果没有明显淋水,证明该注浆有效,毋需再注浆。如乃出现淋水现象,再按上述方法进行自上往下分段注浆。
  6.施工组织
  本注浆工程系分段施工且每段注浆量少,所以毋需较多施工人员,过程中主要是安装设备时,需多人搬运、安装。钻孔和埋设注浆管作业时计划安排4人。注浆作业时采用三班连续作业,每班计划安排9人:班长1人,注浆泵司机1人,造浆3人,配料2人,工作面2人。每班按排1-2名技术人员现场技术指导和记录,每班配备维修人员保证设备正常运转、供电和排水正常。地面以上及井下每班安排数名勤杂人员搬运设备,材料物资。
  7.质量与安全措施
  7.1、注浆使用的水泥品质,应符合现行的国家标准的规定,应选用标号不低于42.5级的普通硅酸盐水泥;不得使用矿碴水泥和火山灰质水泥。
  7.2、注浆用水泥应保持新鲜,受潮结块者不得使用。水泥的运输和储存应注意防潮和尽量缩短存放期,使用期自出厂日起不得超过90d,在工地仓库存放时间不得超过40d。
  7.3、注漿用水,应使用工地用的能饮用的水,不得使用洞内积水和其他污水。
  7.4、水泥浆液的人工搅拌时间,不得少于3min,使用高速搅拌机时,一般不少于30s。浆液在使用前应过筛,从制备开始计算,必须在4h内用完,否则应作废浆处理。
  7.5、注浆管预埋管应伸出基岩面100㎜,管口应进行保护。
  7.6、注浆过程中,如发现漏浆,应根据具体情况采用嵌缝,表面封堵,加浓浆液,降低压力,间歇注浆等方法处理。
  7.7、注浆因故中断时,应及早恢复灌注;如中断时间较长,则应重新钻孔进行注浆。
  7.8、全部注浆结束后,应提供钻孔、冲洗、压水、注浆记录,注浆孔实际布置位置图和注浆成果表。
  7.9、钻孔作业时,谨防透水现象,工作面应配备大排量的排水设备,以防涌水淹没设备。
  7.10、钻孔、注浆设备安装牢靠,经常检查维护、保持设备的完好状态。
  7.11、注浆人员作业时必须高度警惕,注意观察顶板围岩变化情况,特别注意高压注浆时防止挤压无附着力的破碎岩块砸下伤人。
  结论
  矿山施工普遍进入深部、大型开采,工作面涌水也成为制约很多矿山施工进度的重要原因,如何有效的、最短时间的排水、封水,大家也都在总结、探索,以上是我们从实际施工中总结的经验,希望能够对大家有所帮助。
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