超深井-注浆固岩用材料.pdf

超深井超深井-注浆固岩用材料注浆固岩用材料 研发与实践简述研发与实践简述 研究背景 当前全球开采深度1000m以上的金属矿山167座。 超过3000m的16座。 世界最深矿井南非的Mpaneng姆波尼格金矿，4530m。 国内当前已完工一段最深井为纱岭金矿主井纱岭金矿主井1551.8m1551.8m。。 注浆专项用 深部采矿已经成为世界矿产资源开发的重要方向深部采矿已经成为世界矿产资源开发的重要方向 0 10 20 30 40 50 60 中国中国 加拿大加拿大 南非南非 澳洲澳洲 美国美国 俄罗斯俄罗斯 其他其他 55 28 27 11 7 5 34 1 1600m1 1505m 2 1600m2 1527m 3 1526m3 1510m 4 1400m4 1552m 5 1500m5 2005m 研究背景 注浆专项用 深井开采主要难题深井开采主要难题““三高三高”” 高温井下岩温高、水温高 高地压岩爆、大变形、难支护 高渗透压水压高、涌速大 建设期最大难题深井高渗透压涌水封堵难建设期最大难题深井高渗透压涌水封堵难 深井高渗透压下，堵水面临困难 无工程实践 无理理论支撑 无合适注浆材料 ““三高三高””之中的之中的““三无三无””领域领域 随着开采随着开采深部深部增加，深井面临问题也越来越多。增加，深井面临问题也越来越多。 新城竖井因涌水无法封堵， 更换队伍，累计耗时13月，耗 资亿计，修改设计深度，终成 井。 纱岭竖井因注浆堵水，更换 多种注浆材料，四条井平均耗 时8.5月，耗资近6000万，尚有 副井未交工。 项目情况 注浆专项用 纱岭金矿于2019年5月开工建设。已探明金金属量309.9 吨，平均品位3.44克/吨，属于特大型金矿；矿体埋藏深，赋存 深度9792049m，属于深部开采。 项目情况 工程项目回风井工程项目回风井 井径井筒直径 8m 井深竖井全深 1386m 支护厚度45cm 50cm 混凝土强度C30 C40 注浆专项用 水文地质地层单一，均为变辉长岩， 全地层为构造裂隙含水层厚度，富水性、 透水性较弱，围岩类。 主应力最大水平主应力45.2MPa，平 均最大最下水平应力比值1.36。 深部岩温4851。 项目情况 工程现状工程现状 注浆专项用 现已凿井完毕，总涌水量约110m/h，深部涌水压力约 8MPa左右，涌水主要集中在900m以下。 注浆材料研究 注浆材料注浆材料 注浆专项用 无机浆液纯水泥浆、水玻璃浆、水泥-水玻璃浆液、超细水 泥浆、水泥-黏土类等。 有机浆液酚醛、脲醛、聚氨酯类等。 优选 水泥浆 水泥-水玻璃 脲醛树脂 丙烯酰胺 聚氨酯类 注浆材料研究 初期探索 第一次第一次 水泥浆、水玻璃浆水泥浆、水玻璃浆 - - 追水注浆追水注浆 材料材料水泥浆液、水玻璃浆液。 效果效果注浆效果较差，水量未见减少。 问题问题微裂隙，浆液粒径大，扩散范围小，起压快，继续 作业串浆或爆壁；大裂隙，水压大、流速高，浆液被稀释 冲走，浆液利用率低，堵水效率低。凝结速度慢，强度不 高，无法加固岩壁，创造继续加压条件。 结论结论只适合注堵孔隙、裂隙较大水压不高、流速不大出水 点，对于微裂隙、高渗透压岩石效果不佳，同时结石速度较 慢，宜被冲散，围岩加固效果较差，升压容易造成井壁损伤。 不成功不成功 注浆材料研究 初期探索 第二次第二次 超细水泥浆、水玻璃浆超细水泥浆、水玻璃浆 - - 全断面注浆全断面注浆 材料材料1250目超细水泥浆液、水玻璃浆液。 效果效果注浆效果一般，浆液消耗量巨大，易出现二次涌水。 问题问题大裂隙串浆严重，无法升压，浆液消耗巨大；为 减小浆液消耗，增加水玻璃及其比例，耐久性差，易出现二 次涌水；结石体收缩大，强度不高，注浆效能较低。 结论结论超细水泥浆注微裂隙效果大大好于普通水泥浆，但井 壁附近大裂隙易串浆，难封堵，采用C-S浆液后耐久性差， 结石率低，围岩加固效果较差，宜二次出水。 不成功不成功 注浆材料研究 初期探索 第三次第三次 改性脲醛树脂改性脲醛树脂 - - 全断面注浆全断面注浆 材料材料改性脲醛树脂。 效果效果注浆效果尚可，浆液消耗量巨大，易出现二次涌水。 问题问题不升压，漏液严重，浆液消耗巨大；结石体强度 很小，易出现二次涌水；造价高、不环保。 结论结论堵水效果尚可，消耗量大，围岩加固效果较差，宜二 次出水，不环保、造价高。 尚可尚可 造价高造价高 注浆材料研究 经验总结与材料研发经验总结与材料研发 注浆专项用 深竖井渗漏水特点 高渗透压 高水流速 前三次注浆尝试前三次注浆尝试 深竖井渗漏水特点深竖井渗漏水特点 目标目标 细度15003000目，以注入微小裂隙。 黏度黏度低，流动性好，减小起压速度。 时间结石时间可控，可控范围大，以适应大、小裂隙，快慢水速。 结石率结石率要达到100，微膨胀，结石后不二次渗漏。 结石强度结石强度高，有加固围岩效果，为后续加压创造条件。 水下性能水下不被冲散，可迅速结石。 注浆材料研究 注浆专项用 做了大量的无机胶结料和有机高分子材料的基础理论研究， 进行了上千份的配合比实验，进行了一些列的物相、粒度分布 等基础数据测定，确定了材料基材与配合比。 注浆材料研究 注浆专项用 黄金A料 黄金B料 斥水C料 A B C A A料料BB料料 速凝高强微涨注浆料（凝固时间根据速凝高强微涨注浆料（凝固时间根据ABAB料比例可精准控制）料比例可精准控制） B B料料CC料料 水下不分散速凝微膨胀注浆料水下不分散速凝微膨胀注浆料 注浆材料研究 注浆专项用 A 黄金A料5 5 种组分种组分 4 4 种添加剂种添加剂 初凝时间初凝时间40min 40h 初凝随即终凝初凝随即终凝 8h 粒度粒度 52 1500 48 3000 流动度流动度 纳米级成份纳米级成份 强度强度18h 0.4 1 30MPa 结石率结石率微膨胀微膨胀 WC0.4 1 A 注浆材料研究 注浆专项用 黄金B料3 3种组分种组分44种添加剂种添加剂 初凝时间初凝时间20min 6h 跳过初凝分层终凝，并有较高强度跳过初凝分层终凝，并有较高强度 2h 粒度粒度 750 1000 流动度流动度 强度强度18h 0.6 1 50MP 结石率结石率 B WC0.6 1 B 注浆材料研究 注浆专项用 斥水C料4 4种组分种组分33种添加剂种添加剂 高分子材料高分子材料 初凝时间初凝时间1min 15min 粒度粒度 200 流动度流动度 高速搅拌切割下，流动度成几何倍速高速搅拌切割下，流动度成几何倍速 增加增加 0.8 1 强度强度强度很低。强度很低。 结石率结石率90 C WC0.8 1 注浆材料研究 注浆专项用 AB AB 双组份双组份 初凝时间初凝时间0s0s2h2h可调可调 5 强度强度初凝后强度陡增，初凝后强度陡增，1212 分钟强度可达分钟强度可达10MPa10MPa 左右左右。 。 结石率结石率微膨胀。微膨胀。 ABAB组分用来封堵高水压动水同时加固围岩，组分用来封堵高水压动水同时加固围岩，ABAB组分具有结石时间可控，流态至固态强组分具有结石时间可控，流态至固态强 度陡增，结石微膨胀，耐久性好，强度较高特性；可实现度陡增，结石微膨胀，耐久性好，强度较高特性；可实现0s0s初凝，即混合即凝固的初凝，即混合即凝固的 ” ” 炸凝炸凝 “ “ 现象，适应场景有待开发。现象，适应场景有待开发。 AB 5min 6min 注浆材料研究 注浆专项用 BC BC 双组份双组份 初凝时间初凝时间0s0s30min30min可调；可调； 强度强度强度很低。强度很低。 结石率结石率9595100100 结石率。结石率。 BCBC组份组份是非常规堵水材料是非常规堵水材料； ； B B组分具有对组分具有对C C组分促凝作用，主要用于大涌量涌速堵水，由组分促凝作用，主要用于大涌量涌速堵水，由 于于C C遇水不分散，不会被水冲散，但遇水不分散，不会被水冲散，但 C C不宜初凝，强度提升较慢，不宜初凝，强度提升较慢，B B与与C C交替注浆进行封堵，交替注浆进行封堵， 可进行可进行大涌水大涌水大大涌速漏水初步封堵。涌速漏水初步封堵。 BC 12s 3min 注浆材料研究 注浆专项用 注浆材料研究 注浆专项用 注浆工艺改进 注浆专项用 外固、内注、局部泄水新注浆工艺外固、内注、局部泄水新注浆工艺 传统注浆工艺一孔到底，一次注完。传统注浆工艺一孔到底，一次注完。 优点工序简单，适应注浆材料广。 缺点功效差，费用高。 改进的新注浆工艺分步分区加固、注浆，注、泄结合。改进的新注浆工艺分步分区加固、注浆，注、泄结合。 优点功效好、费用低。 缺点注浆材料性能要求高，需要高强、微膨胀、结石时 间大范围可调浆液。 注浆工艺改进 注浆专项用 回风井新材料新工艺应用回风井新材料新工艺应用 外固 A B 2m A B C 注浆工艺改进 注浆专项用 回风井新材料新工艺应用回风井新材料新工艺应用 内注 A 2m 项目成果 注浆专项用 新材料 开发适应深井高压 大涌速的新型材料 黄金黄金A A料料 黄金黄金B B料料 斥水斥水C C料料 2 开发适应深井高压 大涌速的新工艺 外固、内注外固、内注 局部泄水新局部泄水新 注浆工艺注浆工艺 2 同性能水泥基高分同性能水泥基高分 子注浆料子注浆料15000/t15000/t， ， 新材料小规模实验新材料小规模实验 成本成本2200/t2200/t。 。 堵水效果显著。堵水效果显著。 谢谢 Look forward to criticize the corrections