煤矿立井井筒不同地质条件注浆防治水材料的应用

王素芳

(晋城宏圣建筑工程有限公司， 山西 晋城市 048006)

在煤矿生产建设的全过程中，影响最为恶劣、危害最大的事故主要包括五个类型：一是煤矿瓦斯灾害，二是煤矿火灾事故，三是煤矿矿尘灾害，四是煤矿水灾事故，五是煤矿顶板灾害。其中，又以水害对煤矿立井作业的影响最突出，甚至会对煤矿矿井的建设与运行带来极为不良的影响，因此值得关注。

1 煤矿立井井筒注浆防治水材料选取分析

1.1 案例一分析

某煤矿项目主副井于2005年建成并投入使用，设计矿井深度为480.0 m，设计矿井净直径为5.2 m。立井采取素混凝土浇筑完成，浇筑厚度控制为360.0 mm，立井井壁结构模式为单层。在已投入使用的10余年中，受到地表水侵蚀因素的影响，导致该立井井筒呈现出了比较严重的漏水问题。现场测定结果显示，夏季降水量丰富状态下，最高的漏水量达到了6.5 m3。与此同时，在冬季气候下，尽管作业现场应用暖风炉对立井井筒进行了连续性的供热，但仍然存在结冰的隐患，对整个煤矿矿井作业的安全与可靠性产生了极为不利的影响。该煤矿立井井筒建设区域下的含水层主要表现为地表水，针对上述地质水文条件，对其注浆防治水材料的选取与应用进行了详细分析与研究。

(1) 注浆防治水材料的选取。结合该煤矿立井项目的实际情况，为确保注浆防治水整体安全性与可靠性，所选取的注浆防治水材料为马丽散材料。此材料具有低粘度以及高分子含量的基本特性，属于聚亚安胶质材料的一类。在以高压灌注方式对立井井筒进行防治水处理的过程中，树脂成分能够与催化剂成分发生结合反应，理化性质明显膨胀，在外力高压推挤作用的影响下，直接深入到煤矿立井井筒表面的混凝土裂缝或者是煤岩层内部，借助于此种方式，可以确保作用区域内的裂缝、裂隙得到充分的填实。在对立井井筒表面裂隙进行封堵的过程中，马丽散注浆防治水材料的基本抗压指数维持在25.0～38.0 MPa范围之内(在不含水的初始状态下)。但一旦遭遇水分，会导致此类注浆防治水材料呈现出明显的关联反应，形成膨胀，引发二次渗压(相对于一次渗压而言，二次渗压状态下的膨胀倍数可达到20倍以上)。二次渗压配合高压推力，直至将马丽散全部填充至立井井筒缝隙内部，此状态下的抗压系数可达到25.0 MPa左右，防治水效果突出。

(2) 注浆防治水材料的特点。本工程所选取的注浆防治水材料马丽散表现出了如下的应用特点：第一，成品化：马丽散有较高的分子含量，现阶段主要以塑料桶进行分装，且每桶重量多在30.0 kg以内。因此在运输方面相对便捷，使用前无需对其进行复杂的预处理；第二，经济性：由于在此种方案下，相关设备以及原料的运输比较方便，能够一次到位展开施工，避免对灌注管道的敷设工作，降低了成本开支；第三，寿命长：马丽散抗压性能突出，能够有效抵抗地层运动力，加上其膨胀反应迅速，可达到缩短施工周期的目的，对保障煤矿作业安全性而言价值突出。

1.2 案例二分析

某煤矿项目矿井开拓方式为立井开拓，中央并列式通风。煤矿矿井作业现场共设置有主井、副井、风井。现场测定数据显示，立井井筒的深度为920.5 m，井筒净直径参数为6.8 m。前期地质勘查资料显示，该立井井筒建设区域内的主要岩体结构包括粗砂岩、细砂岩、中砂岩、含砾粗砂岩以及石灰岩这几个类型。立井井筒作业区域的表土层厚度为465.0 m，施工方案确定为冻结法作业。冻结法施工过程中，对于冻结深度的控制为535.0 m，同时，立井井筒基岩段的施工方法为钻爆法施工。与此同时，现场调查数据显示：在煤矿立井井筒的实际施工过程当中，共涉及到8个含水岩层，涌水量较预估数值大3～7倍。其中，单位时间内，涌水量最大的为2#煤顶板砂岩，平均每小时的涌水量达到了108.0 m3(见表1)。由于基岩段的含水层埋深较大，采取地面预注浆法治水效果并不明显，因此决定选取工作面预注浆与壁后注浆相结合的方式进行治水。针对涌水量达到108.0 m3的含水层，采取工作面预注浆法堵水，待井筒通过含水层后，对其实施壁后注浆堵水。

表1 基本地质情况及其涌水量

(1) 注浆防治水材料的选取。结合该煤矿立井项目的实际情况，为保障防治水性能，选取粉煤灰作为主要的注浆防治水材料。在选取粉煤灰作为注浆防治水材料的基础上，还需要就粉煤灰材料与水泥材料之间的配合比问题进行详细研究，以保障所配置而成的混合浆液能够具有稳定的凝固强度，确保对立井井筒渗漏水防治的可靠性。一般来说，需要通过试验的方式，在不断增加粉煤灰渗入比例的过程当中，观察试块在抗压强度、凝固时间(包括初凝时间、以及终凝时间在内)方面的变化。结合相关的资料数据，本文将粉煤灰材料在粉煤灰与水泥材料配合形成混合浆液当中的比例控制为20%。

(2) 注浆防治水材料的特点。对于粉煤灰而言，由于其具有良好的流动性，因此可确保在应用于注浆防治水过程中高度可注。同时，由于粉煤灰的粘度能够得到合理的控制，不会出现浆液流动难度大的问题，因此可确保粉煤灰及时且充分的深入立井井筒表面裂缝、裂隙当中。与此同时，在水灰比控制为恒定状态的情况下，相对于常规意义上的水泥浆液来说，粉煤灰注浆材料浆液结实率明显较高，这说明所制备而成的浆液材料在保水性能方面突出，对不良地质条件适应性强。通过工作面预注浆措施以及分段壁后注浆措施的落实，在井筒建成后，含水层总涌水量自原有232.35 m3/h降低至5.13 m3/h，堵水率达到了97.79%，注浆堵水效果显著。

2 煤矿立井井筒注浆防治水材料的应用技术分析

无论是马丽散注还是粉煤灰,注浆防治水材料在实际的施工过程当中，对于相关设备的依赖度较小，通过混合枪与专用泵的相互配合，即能够达到良好的注浆防治水效果。在具体的施工过程当中，可以按照如下方式展开施工作业：

第一步，完成对注浆孔位的设计与记号工作；

第二步，按照前期所确定的注浆孔孔位，进行打孔作业，在打孔作业的实施过程当中，要求将钻孔直径严格控制在42.0 mm范围之内，与之相对应的深度及倾角则需要结合实际情况作出规定；

第三步，需要将专用泵装置以及相关的附属配件组装好，同时对注射枪进行固定处理；

第四步，开始对打孔孔位进行注浆作业，具体实施过程当中，需要将注浆防治水原料的吸料管插入原料当中，活塞在气马达的带动作用下使得其所吸附的原料能够以活塞为载体，传递至输料管，并进一步传递至注射枪，将注浆防治水材料注入地层内部；

第五步，停止注浆作业，并对注浆传输管路以及混合枪装置进行清洗处理。

3 结束语

为了能够达到防治水害的目的，就需要在煤矿立井井筒现场作业的实施过程中，结合不同的地质条件，选取综合性能最佳的注浆防治水材料，并将其成功应用于现场施工中。针对这一问题，本文以不同地质条件相关案例的方式，就注浆防治水材料应用过程中的相关问题进行了分析总结，希望能为后续相关研究与实践工作的开展提供参考与帮助。

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