矿山斜井工作面预注浆施工方法探讨.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 70 矿山斜井工作面预注浆施工方法探讨 周荣光 中鼎国际工程有限责任公司（矿建分公司），江西 南昌 330096 摘要：摘要：本文站在新时代背景下，对矿山斜井工作面预注浆施工进行研究。先简要分析了该项目工程的具体施工流程，然后从参数选择、开钻与钻孔施工、压水试验、注浆施工方法与结束标准几个方面对预注浆施工方法进行详细论述。目的是为相关从业者的工作提供借鉴与参考，在提升矿山斜井工作面预注浆施工有效性和安全性的同时，确保矿山企业的平稳运行与持续健康发展。关键词：关键词：矿山斜井工作面；预注浆施工；技术分析；方法研究 中图分类号：中图分类号：TD26 矿山斜井工作面的预注浆施工是解决特殊地质问题的主要方法之一，能够有效提升矿山斜井工作面以及整个岩层的稳定性和承载能力。高压注浆工艺在实际施工中的应用能够对围岩进行加强处理，并通过相关设备设施对岩层缝隙进行注浆填补，从而使巷道工作面更具平衡性，其内部应力也会得到增强。如何确保高压注浆工艺实际成效的完全发挥现已成为施工人员所共同关心的主要问题。1 矿山斜井工作面预注浆施工流程 矿山斜井工作面预注浆施工的具体流程为：先确定定位孔在矿山斜井工作面的具体位置，同时为后续双液灌注进行水玻璃的预制调配，并由此展开开孔钻孔作业以及孔口管的埋设，在埋设施工结束后，施工人员应采取压水试验的方法来检查埋设质量，并根据被注浆岩层工作面的实际情况来确定选用的浆液浓度，然后按照特定比例进行水泥浆的拌制和过滤，完成注浆管路连接后使用单液浆或双液浆进行灌注1。若注浆量小于 15m，则在达到注浆终压标准值后结束注浆，并对其进行扫孔养护；若注浆量大于 15m，则可同时进行双液灌注和间歇注浆，同样在达到注浆终压标准值后结束注浆，并对其进行扫孔养护。2 矿山斜井工作面预注浆施工技术的具体应用 2.1 参数选取 2.1.1 注浆压力 注浆压力关系着浆液的扩散程度，同时也是判断充填等指标是否正常的依据之一。为了更好的掌握注浆压力的变化情况，根据注浆压力随着浆液扩散、充填等情况变化而变化的特征，将注浆压力的变化分为了三个阶段。第一个阶段：初期压力阶段（PC）。此时，浆液浓度相对较低，且岩石裂缝出于开放状态，浆液在流经裂缝时受到的阻力相对较小，因此浆液具备较大扩散能力，其扩散距离是相对较远的。故在整个初期压力阶段不需要过大的注浆压力，一般情况下，会将注浆压力控制为低于注浆段静水压力的一倍，若以公式的形式表示，则为 PC=1.5P，其中 P=注浆段静水压力。第二个阶段：过程压力。注浆过程中，浆液浓度逐渐增大，水断面减少，注浆压力加大，与初期压力相比，此时的注浆压力将会在数值上发生变化。第三个阶段：终值压力。处于注浆末期的压力大小主要是通过 PZ=（24）P 的等量关系进行验算。2.1.2 浆液扩散半径 在注浆过程中为了有效确定孔洞位置和间距，需要掌握浆液的扩散半径。一般情况下，浆液扩散半径的大小受注地层裂隙开度、产状以及地下水影响，其中，注浆作业时最佳的浆液扩散半径是一种理想状态，没有特定的数值。每一次注浆作业环节最佳浆液扩散半径的确定需要根据特定的地层、注浆材料等多个方面相对而言，若注浆工艺相同，那么注浆扩散半径的大小则受地层特征影响。2.2 开孔与钻孔工艺 施工人员应根据施工矿山斜井工作面的实际情况钻取相应数量的注浆孔，但要确保所有注浆孔能够呈现出一种整体放射状，以便确保钻孔完成性以及注浆帷幕厚度数值达标。目前常用于矿山斜井工作面预注中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 71 浆施工钻孔作业中的设备为 108mm 的钻头。一是要确定注浆孔数。注浆孔的数量会收到矿山斜井施工空间大小、工作面环境、浆液扩散半径以及被注浆岩层缝隙的基础特征，如发育情况等有着直接关系，因此在确定注浆孔数和实际钻孔施工的展开过程中，必须要确保每个相邻注浆孔之间的距离大于浆液扩散半径，这样才能增强注浆壁的稳定性和坚固性，具体可参考下表。表 1 矿山斜井工作面预注浆施工中注浆孔数的确定 岩层裂缝等级 裂缝宽度/mm 注浆孔数量/个 细裂缝 0.3-3 8-10 中等裂缝 3-6 6-8 大裂缝 6-13 4-6 断层带、冒落区、破碎带 5-15 二是要进行孔口管安装作业。施工人员可以先对89mm 的无缝钢管进行预处理，将其加工成数段长度相等的管节，并将其作为此次矿山斜井工作面预注浆施工所用的孔口管。切割预处理的目的是便于无缝钢管向矿山斜井工作面运输，以此来节省不必要的时间浪费，提升施工效率和质量。孔口管安装固定之后，施工人员应使用相应规格的泥浆泵对其进行水泥浆注入，并进行静置处理，确保水泥浆能够将孔口管完全固定住。需要注意的是，施工人员应对其所注入的水泥浆进行前期调配，配置水灰比通常为 1:2。三是要进行扫孔试压。绝大多数情况下，经过为期一周的静置，水泥浆能够完全凝固，此时施工人员可以使用 53mm 的钻头对每个孔口管进行扫孔作业，并确保能够从管内一直钻至底部，然后使用相应规格的泥浆泵向经过扫孔处理的孔口管注入清水，在确保注入压力为3MPa的情况下判断该孔口管是否出现漏水现象。若存在漏水问题则说明水泥浆压入环节出现疏漏，需及时明确漏水位置并采取补救措施，直到完全满足矿山斜井工作面的预注浆施工要求2。四是在扫孔试压结束后进行钻孔施工。扫孔试压结束后，应选用与上一步骤同样规格的钻头进行钻孔，确保从孔口管内部出发一直钻取到前期预设深度位置。若在此工作中发现被作用矿山斜井工作面的巷道距离较长，导致钻进机一次作业无法达到预计深度，则施工人员应采取分析钻孔注浆的方法来代替原有依次不间断注浆，但在此过程中仍要对分段注浆深度进行控制，实际深度不得小于 20m，否则可能就会导致注浆失败。2.3 压水试验 压水试验是矿山斜井工作面预注浆施工的重点环节之一，能够对被注浆岩层的可操作性和吸水率进行数值明确，为后续预注浆施工的顺利完成奠定基础。首先，施工人员应对其所使用的浆液进行类型划分，并按照有关规定的标准要求确定灌注浆液的初始浓度。第一，若使用双液注浆，则应使用水泥浆与水玻璃进行混合配置，通常情况下该配置比例为 1.25:1，施工人员还可根据实际施工所需对该比例进行调整，最低比例为 0.8:1，水泥浆的实际使用量不得小于该比例；第二，在注浆过程中若需要进行浆液变换或浓度调整，则施工人员应严格遵循先稀释后浓缩的原则进行；第三，若压力抬升现象出现的不明显或完全没有体现，则施工人员可以按照相关标准的规定要求按照次序对浆液浓度进行加大处理；若在实际注浆过程中出现了较为明显的进浆量缩减，则施工人员必须按照次序对浆液浓度进行降低处理；第四，浆液浓度的调整与更换有时间限定，施工人员一是要将每次注浆作业的时间控制在 20min 左右，二是要确保每次浆液浓度更换之间具有相应的时间间隔；第五，对双液浆与单液浆的适用情境进行区分。若在实际钻孔作业中发现其吸水量小于 7L/(min)时，则应使用单液浆对原有双液浆进行替换。反之，若在实际钻孔作业中发现其吸水量7L/(min)时，则应维持原有浓度浆液不变。最大压力流量与受注段长度之间的商值即为单位钻孔的吸水量；第六，在使用单液浆进行灌注的过程中，施工人员还应对实际灌注量进行检测，若发现灌注量超过 15m，则应及时使用双液浆对原有单液浆进行替换，避免注浆施工失败3。其次，在完成注浆浓度变换工作后，施工人员应及时采用相应的物理手段对被注浆岩层缝隙进行清洁，尽可能去除夹杂在其中的尘土和填充物等能够对压水试验和后续预注浆施工产生不利影响的各种杂质。这样一来，被注浆岩层缝隙就能够与注浆进行有效融合，其粘合强度、防水性以及抗渗性也会得到明显提升。最后，施工人员在进行压水试验时还应对压力和试验时间进行控制。通常情况下，应根据注浆终压来确定实际压力数值，确保注浆终压与实际压力之间一直存在 0.5MPa 的差值。另外，为确保压水试验结果的精确性和可靠性，单次压水试验的时间最短不得少于中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 72 半个小时，最长不应超过 45min。2.4 注浆施工方法选择 在对矿山斜井工作面进行预注浆施工的过程中，施工人员应按照施工标准要求以及工作面的实际情况选择相应的注浆方法，具体如下表所示。表 2 矿山斜井工作面预注浆施工的注浆方法 岩层裂缝发育程度 注浆涌水量/（m/h）注浆小分段长度/m 使用注浆方式 不发育 2 20-30 一次钻注完 不完全发育 2-5 15-20 分段后退式 较发育 5-10 10-15 分段前进式 发育 10 5-10 分段前进式 由表 2 可知，矿山斜井工作面预注浆施工办法的选择与注浆小分段长度之间存在内在联系，而对于矿山斜井工作面注浆小分段长度的确定，施工人员应根据围岩状态展开。简单来说，若被作用围岩较硬，则可以在允许范围之内增加注浆小分段的长度，若被作用围岩较软，则应适当缩短注浆小分段的长度。注浆开始时，应先对注浆阀进行关闭操作，并以此打开泄浆阀和注浆泵，在确保排浆工作稳定开展之后，尽快关闭泄浆阀，正式对矿山斜井工作面进行预注浆处理。注浆工作应分段进行，每次注浆暂停时都要使用清水将吸浆管和其他设施进行清洁。在注浆过程中施工人员应不定期对注浆泵的实际运转情况进行明确，同时还要对注浆孔的注浆压力等其他数值信息进行记录，若发现操作过程中出现异常行为或安全隐患，应根据发生概率和问题程度选择相应的补救与整改措施。在第一次注浆完成之后，岩层裂缝可能无法彻底堵住，因此施工人员还应重复作业，重点放在被作用岩层的细小裂缝中，并根据上述表格中的注浆涌水量情况来确定重复注浆的次数4。另外，若在注浆过程中出现冒浆问题，则应及时调整注浆压力和流量，必要时还可以在浆液中添加水玻璃，并适当提升浆液溶度，以此来提升浆液的铃鼓速度；而对与串浆问题的处理来说，施工人员则应立即对出现串浆问题的部位使用止浆塞进行封闭，并在注浆工作结束之后及时对串浆注浆孔进行清水冲洗，在确保该问题完全解决后再次进行钻进或灌浆。2.5 堵水效果检测与结束标准 一方面，检测堵水效果。在预注浆施工结束后，需要在安排检查水孔的基础上检测堵水效果。一般情况下，会安排专业的人员负责该项工作，在这个过程中，负责人员会对注浆段用水量、充填情况等多个方面内容进行观测记录，为后续工作的进行提供数据支持。挖空检测堵水效果的工作步骤如下：第一，需要在注浆孔洞的薄弱位置安排检查孔，其深度与注浆孔深度相同，之后观察是否出现用水现象；第二，压水试验，注水压力必须高于静水压力。在整个过程中，检测人员可根据实际情况判断是否使用专业的设备仪器。堵水效果检测结束后，将进入到注板环节，其中详细的注板作业方案与岩石的软硬程度有关。例如，周边眼间距要保证最小值不低于 200mm，一般情况下是保持在 250mm 左右；若选择在锚杆上加板，则需要根据锚杆的持续调整木板的大小，其中必要时也会调整锚杆的间距，以便于保证施工方案的合理性。另一方面，注浆人员需要明确注浆结束的标准。一般情况下，要求实际注浆值与设计值持平或是前者略高于后者；第二点，注浆压力需要无限接近于设计终压，并且此时的最小达到每分钟 60L 到 120L 的最小吸浆量，此时，要确保最小吸浆量能够维持不低于十分钟的时间。3 结语 综上所述，矿山斜井工作面预注浆施工的规模较大且难度较大，因此施工人员应进一步加深对相关施工技术的认识和了解，对每个施工细节进行充分把握，并站在全局视角下对预注浆施工进行重新审视，确保其中每个参数和环节都能一直维持在合理范围之内。这样才能进一步提升矿山斜井工作面预注浆施工的效率和质量，为矿山企业的发展赢得更多经济效益与社会效益。参考文献 1兰天龙.地面预注浆工艺在矿井井筒施工建设中的应用研究J.内蒙古煤炭经济,2022(20):45-47.2何守伟.预注浆技术在矿山井巷工程施工中的应用J.世界有色金属,2020(08):234-235.3姚韦靖,庞建勇.松散富水煤矿斜井围岩稳定性分析及工程应用研究 J.应用基础与工程科学学报,2020,28(02):422-434.4陈永强.防治矿井水害对煤矿井筒地面预注浆工艺的研究J.内蒙古煤炭经济,2020(06):29-30.