田兴铁矿1#主井工作面注浆治水技术研究.pdf

第3 4 卷第3 期 2 0 1 4 年0 6 月 矿冶 工 程 删Ⅱ呵GA N D 皿T A L L U R G I C A LE N G 叮唧R Ⅱ呵G V o l _ 3 4 №3 J u n e2 0 1 4 田兴铁矿1 主井工作面注浆治水技术研究① 翟会超，南世卿 河北钢铁集团矿山设计有限公司，河北唐山0 6 3 0 0 0 摘要针对田兴铁矿1 。主井水文地质实际条件，采用止浆垫注浆技术进行工作面治水。通过对注浆参数的合理计算与设计，以 及对注浆施工的有效管理，使该技术在1 4 主井注浆治水过程中得到成功应用，掘进工作面出水量降到1 0 ．3 9m 3 ／h ，为掘砌作业提供 了安全保障。 关键词止浆垫；注浆；治水 中图分类号T D 7 4 3 文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 “．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 4 ．0 3 ．0 0 8 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 4 0 3 0 0 2 6 0 3 S t u d yo nG r 伽t i l l gT e c l l I l o l o g yf o rW o r 姑n gF a c eo f l M a i nS h a f t i nT i a I Ⅸi n 2I r o nM i n e Z H A IH u i c h a o ，N A NS h i - q i n g M 诫增跳穗mc o 血d 矿觑城‰凡．s f e e 2G r o 叩，死，炉五口n0 6 3 0 0 0 ，m 施，劬i n 口 A b s t r a c t I nv i e wo fh y d m g e 0 1 0 9 i c a lc o n d i t i o no f1 m a i ns h a f ti nT i a n x i n gI r o nM i n e ， t h eg r o u t i n gt e c h n o l o g yw i t h s l u r r yb l o c k i n gp a dw a sa d o p t e dt op r e v e n tw a 土e ri nw o r k i n gf a c e ．B a s e do nt h ep r o p e rc a l c u l a t i o na n dd e s i g no fg r o u t i n g p a r 锄e t e r s ，s u c ht e c h n o l o g yw a ss u c c e s s f u l l y 印p l i e d i n t ot h e 铲o u t i n go p e r a t i o ni nl m a i ns h a f tw i t ha ne f E b c t i v e c o n s t m c t i o nm a n a g e m e n t ，t h ew a t e ri I l f l o wi m ot h ew o r k i n gf a c eo fa d V a n c e m e n tr e d u c e dt o1 0 ．3 9m 3 ／h ，w h i c hi ss 小 f o rd r i v i n ga n dm a s o m y ． K e y Ⅵm r d s s l u n 了b l o c k i n gp a d ；g m u t i n g ；w a t e rp r e v e n t i o na n dc o n t r o l 田兴铁矿矿区水文地质条件复杂，井建工程中1 ’ 主井设计井深6 7 0m ，井筒直径5 ．6m ，净断面2 4 ．6 2 m 2 ，表土段为冻结法施工，冻结深度2 1 0m 。基岩段根 据“有掘必探、钻探先行”的施工原则进行工作面注浆 和掘砌的循环作业也J ，通过注浆治水有效保障井筒 掘砌施工的安全，保证井建工作的有序开展。 1 注浆施工方案 在工作面预埋注浆孔口管及滤水孔“ J ，孔口管采 用中1 0 8m m 4 ．5m m 无缝钢管制作，长度4 ．5m ，注浆 孔采用单圈均匀布置2 0 个孔，离井壁o ．5m ，所有注浆 孔向外倾角均为3 。，切向角为2 。～3 。。滤水孔采用 中4 0 0m m 钢管制作 滤水孔内放置w Q 5 0 一6 0 一1 5 型 潜污泵一台，如果工作面涌水量大再补加滤水孔。另 一台潜污泵置于工作台上备用 ，在井筒中心铺设3 5c m 碎石滤水层O ．6m ，滤水层上铺设两层风筒布或 两层彩条塑料布，以防浆液漏失。然后浇筑止浆垫3 ．4 m ，待混凝土止浆垫达到设计强度后，注浆将滤水孑L 封 死，进行止浆垫及接茬部位井壁壁后注浆加固，之后进 行工作面预注浆，注浆段高5 0m ㈧。注浆止浆垫及注 浆孔示意图分别见图1 2 。 铂 一洲 6 R 【m 5 0 0 ‘1。 3 0 2 ．6 m ] 昌 ●、o 口 ‘景L秽耻。 d＼ 寸 、4 ＼ 害 凸 d 鬲 f 寸 ，， △ A ＼ 寸 寸 ＼／门 g徽酽懿 髓镡暂程渤x 严6 】 ，四． ／二 ＼V 0 01 图1工作面注浆止浆垫剖面示意 ①收稿日期2 0 1 3 1 2 2 8 作者简介翟会超 1 9 8 卜 ，男，吉林人，工程师，博士，研究方向为采矿方法、岩体冒落规律、空区治理及井苍I ．程 万方数据 第3 期翟会超等田兴铁矿1 4 主井工作面注浆治水技术研究 图2 工作面注浆孔平面示意 2 注浆参数 2 ．1 止浆垫参数设计 工作面预注浆选用单液平底形混凝土止浆垫。因 工作面涌水，砌筑止浆垫需要铺设滤水层并在排水的条 件下施工。将止浆垫看成由承压部分和滤水部分组成 的结合体，承压部分的止浆垫厚度利用公式∞o 计算 蚣詈层 ㈩ 式中B n 为承压部分的厚度，m ；D 为井筒净直径，取 5 ．6m ；P 为滤水层注浆压力，取4 0k g ／c m 2 ；R 为滤水 层注浆时混凝土抗压极限强度，止浆垫为c 4 0 对，尺取 4 0 0k ∥c m 2 ；“ 为混凝土抗压强度的非均匀系数， 秒 罟；A 为滤水层厚度，取o ．6m 。 √尺 经过计算，该段止浆垫厚度为3 ．4m 。则止浆垫总 厚度为B 曰n A 3 ．4 0 ．6 4 ．0m 。 2 ．2 注浆孔布置 工作面预注浆设计注浆孔数”。6 1 计算公式为 Ⅳ 望二型 2 L 式中Ⅳ为注浆孔数，个；D 为井筒净直径，为5 ．6m ；口 为注浆孔与井壁距离，取o ．5m ；￡为注浆孔间距，取 0 ．7 2m 。 计算得知2 0 个钻孔在距井壁o ．5m 均匀布置，孔 口管外高出止浆垫5 0 0m m 。止浆垫耐压试验合格后， 在注浆孔上安装高压球阀和防喷阀后方可钻进施工。 2 ．3 注浆压力 注浆压力一般取静水压力的2 ～4 倍一o 。根据以 往注浆经验和岩石裂隙高角度发育的特殊性，决定本 次注浆终压取1 2M P a ，注浆施工时，可视具体情况酌 情调整。注浆结束标准注浆达到终压后，吸浆量降低 到5 0 ～6 0L ／m i n ，稳定时间为1 0 ～3 0m i n 。注浆终压 计算公式为P 罅 4 P 0 P o 为静水压力 。 2 ．4 浆液材料选择及现场浆液配制 注浆首先选用单液水泥浆，单液水泥浆水灰比选 用3 1 ，2 1 ，1 ．7 5 1 ，1 ．5 1 ，1 ．2 5 1 和1 1 共6 个级配。 单浆液消耗量特别大时，则控制扩散范围或者加快砼 凝固时间，可考虑加入速凝剂，或选择水泥、水玻璃双 液浆，若含水层不进浆或注浆效果差，则考虑使用超细 水泥或化学浆液进行注浆怕o 。 注浆时，视压水吸水量确定起始浓度，注浆浆液调 配原则为先稀后浓。若止浆垫和孔口套管耐压试验出 现漏浆现象，即可加入双液浆。双液浆配比采用水泥 浆与水玻璃1 0 ．5 ～0 ．8 的体积比注浆。水玻璃选用 4 0 ～4 5 B e 、M 2 ．5 ～3 ．0 为宜。速凝剂选用三乙醇铵和 氯化钠复合速凝早强剂，其用量分别是水泥浆液量的 O ．0 5 ％和0 ．5 ％。 水泥要求用新出厂的P 0 4 2 ．5 普通硅酸盐水泥，失 效结块的水泥禁用。水泥浆现场配制见表1 。 表1单液水泥浆现场配制表 2 ．5 注浆施工及效果 1 注浆泵采用聚能A E 一9 0 型双液注浆泵，一台 工作，一台备用。 2 工艺流程单液水泥浆经二次搅拌_ 注浆泵_ 输浆管- 控制阀_ 孔口管_ 岩层裂隙。 3 压水试验每孔终孔测水后接通输浆管路进行 压水试验，压力由小到大逐步升压到最大注浆终压，测 定各不同压力参数时的吸水量并绘制吸水量曲线，压 水时间可为2 0 ～3 0m i n 。并根据压水结果，确定起始 浆液配比。 4 压力调整注浆压力有时渐变，有时呈波状变化， 调整压力应与孔内情况、浆液浓度等密切配合，当浆液 浓度确定后，用人为的方法控制泵量，使压力达到终压。 5 浆液调整浆液在岩层裂隙充填阶段中，如压 力和进浆量稳定不变时，应逐级加大浓度，如压力上升 快，进浆量很快减小，应依次降低浆液浓度，每改变一 次浆液浓度可持续2 0m i n 。 6 注浆结束前，应压注清水，使管路大部分浆液 注入岩层裂隙中去。但要防止清水压人地层，当压清 万方数据 矿冶工程 第3 4 卷 水时需及时通知井下准备闭阀泄浆，然后清洗整个注 浆系统。 通过对注浆施工过程中各参数的有效控制和施工 合理组织，工作面止浆垫注浆效果明显。经实地测水， 井筒出水量由注浆前的4 6m 3 ／h 降至1 0 ．3 9m 3 ／h ，为 后续爆破掘砌竖井施工提供了安全保障。 3 结语 根据田兴铁矿矿体水文地质实际条件，对1 4 主井 采用止浆垫注浆技术进行工作面治水。经受力分析， 采用平底形止浆垫分析模型计算止浆垫有效厚度为4 m ，并均匀布置2 0 个注浆孔对工作面进行单液浆或双 液浆注浆。通过对治水参数的有效控制和施工合理组 织，使掘进工作面出水量降到1 0 ．3 9m 3 ／h ，注浆效果明 显，为后续掘砌作业提供了安全保障。 参考文献 [ 1 ] 李晓飞．立井井筒施工综合防治水技术[ J ] ．能源技术与管理， 2 0 1 1 2 1 3 卜1 3 3 ． [ 2 ]万全，何忠明．超前全断面帷幕预注浆治理高压断层水技术研 究[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 3 5 1 7 2 0 ． [ 3 ] 李玉祥，杨洪成．立井施工注浆防治水技术研究与应用[ J ] ．能源 技术与管理，2 0 1 1 1 8 8 8 9 ． [ 4 ]张德辉．浅谈复杂地质条件下斜井筒注浆防治水技术[ J ] ．中州 煤炭，2 0 1 1 2 3 7 3 9 ． [ 5 ] 冷云，诸葛郝林，韩晓，等．最新矿山井巷工程施工综合技术 与标准规范实用手册[ M ] ．长春吉林电子出版社，2 0 0 5 ． [ 6 ]刘晗，严克磊．立井施工工作面防治水施工技术[ M ] ∥周兴旺． 矿山建设工程技术新进展2 0 0 8 全国矿山建设学术会议文集． 合肥合肥工业大学出版社，2 0 0 8 4 1 0 一4 1 8 ． [ 7 ]李志勇，罗文广，张斌．石嘴山一矿南翼立风井止浆垫施工[ M ] ∥周兴旺．矿山建设工程技术新进展2 0 0 8 全国矿山建设学 术会议文集．合肥合肥工业大学出版社，2 0 0 8 4 3 3 4 3 6 ． 上接第2 5 页 场变化规律，并基于非饱和土体的渗透特性简要分析了 其形成原理，即降雨初期土体处于非饱和状态，坡面雨 水人渗较慢；持续降雨一段时间后，坡面土体接近饱和， 坡面渗透系数迅速增大，雨水向坡内渗透速度加快。 2 采用基于非饱和应力的简化B i s h o p 法计算了 不同降雨时刻的边坡稳定性，得出边坡稳定性在降雨 初期迅速下降，在降雨持续一段时间后安全系数趋于 平稳，即强降雨3d 后是高边坡路堑稳定性风险最大 的时间段，此时最易发生边坡失稳。 3 采用最小二乘法将边坡稳定性系数采用幂函数 进行拟合，得到了安全系数下降拟合曲线，从而可以预 测在强降雨过程中安全系数的变化趋势，为强降雨条件 下高路堑边坡稳定性的研究提供一定借鉴意义，同时也 为高路堑边坡路段实地施工提供一定的参考价值。 参考文献 [ 2 ] 李扬．基于可持续发展理论的我国公路交通发展模式研究 [ D ] ．大连大连海事大学，2 0 1 3 ． 罗根传，胡庆国，谭积青．基于极限平衡法与强度折减法的高边坡 过程稳定性分析[ J ] 矿冶工程，2 叭3 2 1 4 4 7 ． [ 3 ] 李强，沈毅，刘永兵，等．基于西部路域生态工程效果评价信 息管理系统的开发[ J ] ．公路交通科技 应用技术版 ，2 0 1 2 6 2 1l 一2 1 3 ． [ 4 ] 熊辉．高路堑边坡的整治技术及其应用研究[ D ] ．长沙中南大 学土木建筑学院，2 0 0 9 ． [ 5 ] 何忠明，吴维，付宏渊，等．基于应变软化模型的软岩高边坡过 程稳定性研究[ J ] ．中南大学学报 自然科学版 ，2 0 1 3 ，4 4 3 1 2 0 3 1 2 0 8 ． [ 6 ] 谢永利，胡晋川，王文生．黄土公路路堑边坡稳定性状离心模型试 验[ J ] ．中国公路学报，2 0 0 9 ，2 2 5 卜7 ． [ 7 ]范冰．几种主要因素对边坡体变形特性的影响性能研究[ J ] 公路工程，2 0 1 2 6 4 5 4 7 ． [ 8 ] 邹团结．路堑高陡边坡开挖变形的时空效应分析[ J ] ．公路工程， 2 0 1 3 6 4 8 5 1 ． [ 9 ] F r e u u n dDG ，R a h 口d j oH ．非饱和土力学[ M ] ．北京中国建筑工 业出版社，1 9 9 7 ． [ 1 0 ]钱家欢，殷宗泽．土工原理与计算[ M ] ．北京中国水利水电出版 社，1 9 9 6 ． [ 1 1 ]毛昶熙．渗流计算分析与控制[ M ] ．北京中国水利水电出版社， 2 0 0 3 ． [ 1 2 ] 李涛，付宏渊，周功科，等．降雨入渗条件下粗粒土路堤暂态饱 和区发展规律及稳定性研究[ J ] ．水文地质工程地质，2 0 1 3 9 7 4 8 0 ． 万方数据