復(fù)雜水文地質(zhì)下混合漿液的配比研究范文

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摘要:結(jié)合龍門煤礦注漿堵水工程，通過對注漿系統(tǒng)進(jìn)行分析，探討極復(fù)雜條件下在注漿混合漿液配比中添加粉煤灰、“工業(yè)鹽+三乙醇胺”或鋸末保證注漿效果，對龍門煤礦成功治水意義重大。

關(guān)鍵詞:注漿堵水;混合漿液配比;漿液黏度;漿液結(jié)實率;漿液抗壓強(qiáng)度

龍門煤礦為低瓦斯礦井，水文地質(zhì)類型為極復(fù)雜型，礦井正常涌水量799m3/h，最大涌水量901m3/h。2016年5月10日，龍門煤礦2003巖中巷22#鉆場段出水，經(jīng)取水樣分析，出水水源為寒武系灰?guī)r水，礦井進(jìn)行保護(hù)性停產(chǎn)。2017年5月，委托鄭州祥隆地質(zhì)工程有限公司進(jìn)行地面治水任務(wù)。

1研究目的

隨著龍門煤礦堵水工程的科學(xué)、有效開展，在出水點區(qū)域注6－1分支孔揭露縱向隱伏構(gòu)造，灰?guī)r溶隙極其發(fā)育、導(dǎo)水通道極為暢通，導(dǎo)致注漿量大大增加。在此期間，為保證注漿效果，提出了對“極復(fù)雜水文地質(zhì)條件下混合漿液配比”的研究課題。

2本課題研究內(nèi)容

(1)在極復(fù)雜條件下混合漿液配比中添加粉煤灰，保證注漿效果。(2)加入粉煤灰、“工業(yè)鹽+三乙醇胺”、鋸末用量對注漿效果的影響。(3)在注漿堵水工地成功使用混合漿液帶來的效益。

3注漿工程

注漿工程主要設(shè)備采用二次射流攪拌制漿系統(tǒng)，具有較高的機(jī)械化、自動化程度，可進(jìn)行連續(xù)制漿注漿且制漿量大(單套系統(tǒng)制漿量可達(dá)15t/h)，主系統(tǒng)包括七大部分，分別為供電、供水、供儲灰、制漿、注漿、輸漿、止?jié){。3．1注漿工程量根據(jù)礦井出水水源、出水層位及出水形式，計劃該注漿堵水工程需注骨料約1000m3(砂子和石子各500m3)，注水泥30000t，按比例添加三乙醇胺及工業(yè)鹽。3．2技術(shù)要求(1)單孔注漿段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為鉆孔注漿達(dá)到設(shè)計終壓，且穩(wěn)壓不低于30min。

(2)工程整體竣工標(biāo)準(zhǔn)為施工檢驗孔無較大漏失量，且注漿量小于50t，經(jīng)礦井井筒抽水實驗，出水點水量小于50m3/h。

(3)根據(jù)單孔抽水實驗及鉆孔漏失量決定注漿材料及配比。

4混合漿液配比

4．1實驗?zāi)康?/p>

龍門煤礦治水工程采用地面施工鉆孔，利用注漿站注漿。工程注漿期間，要確保注漿的連續(xù)性，注漿時水泥漿濃度由稀到稠，注漿泵擋位由高擋位至低擋位，漿液流速由快至慢。在極復(fù)雜條件下，混合漿液配比的研究要在不同水灰比下，分別對水泥用量、粉煤灰用量(混合漿液中含工業(yè)鹽、三乙醇胺量)進(jìn)行單一變量實驗和研究。水泥及粉煤灰混合漿液充填注漿方法是在特定的壓力下，利用施工鉆孔將混合漿液壓入地層空間內(nèi)，使混合漿液產(chǎn)生物理化學(xué)變化，置換水體空間，最終達(dá)到封堵導(dǎo)水通道及加固含水層的作用。為了保證注漿效果的同時降低注漿成本，對混合漿液進(jìn)行配比試驗。

4．2實驗結(jié)果和分析

本次試驗著重從混合漿液的黏度、結(jié)實率和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行分析研究。

(1)漿液黏度。混合漿液在流動時，液體分子之間會產(chǎn)生阻礙運(yùn)動的內(nèi)部摩擦力，摩擦力越大，漿液的黏度就越高。隨著黏度的增加，會直接影響漿液的擴(kuò)散范圍、沉降速率、凝固時間。

(2)漿液結(jié)石率。當(dāng)混合漿液析水率降低時，結(jié)石率會變高，隨之穩(wěn)定變強(qiáng)，利于采空區(qū)或?qū)ǖ赖淖{填充。

(3)漿液抗壓強(qiáng)度。受水泥和粉煤灰混合比例的影響，粉煤灰使用量逐漸增加時，混合漿液的抗壓強(qiáng)度會隨之降低;水灰比適量增加時，混合漿液的抗壓強(qiáng)度會隨之降低。本次混合漿液配比試驗，稠度凝結(jié)時間采用上海璐達(dá)實驗儀器有限公司生產(chǎn)的稠度凝結(jié)時間測試儀(儀器符合GB3350．6的規(guī)定)，儀器試棒下端為試針式。凝結(jié)時間用人工測試方法，分別對不同水灰比情況做凝固時間和抗壓強(qiáng)度的實驗對比。相同水灰比條件下，當(dāng)粉煤灰替代水泥比例增加時，混合漿液凝固后的抗壓強(qiáng)度降低;混合漿液粉煤灰使用量相同條件下，水灰比適當(dāng)降低時，混合漿液抗壓強(qiáng)度會逐漸減小。

(4)試驗效果分析。漿液配比研究對龍門煤礦治水工程注6－1孔(揭露大導(dǎo)水通道)的注漿具有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用，漿液起始比重1．20t/m3～1．25t/m3，逐步提高至1．30t/m3～1．35t/m3。注漿期間鉆孔無上壓表現(xiàn)，且鉆孔揭露通道較為暢通，可添加粉煤灰。粉煤灰添加比例初始10%逐步提高，每注漿液500t為一階段，注漿壓力無變化條件下，逐漸加大粉煤灰添加量，最大注水泥與粉煤灰的比例可調(diào)整為1∶1。為保證漿液凝固效果及克服添加粉煤灰漿液凝固慢的特點，有比例添加鹽和三乙醇胺，比例是5‰和5。為逐步控制漿液擴(kuò)散距離，漿液內(nèi)添加鋸末，加入量50kg/h～75kg/h。在使用混合漿液注漿期間，必須密切觀察注漿壓力變化，在注漿起壓初期開始，停止添加鋸末、粉煤灰、工業(yè)鹽、三乙醇胺，保證注漿區(qū)域(出水點區(qū)域)水泥充填，提高注漿效果。2003巖中巷治水工程注6－1分支孔，裸孔段孔徑152mm，孔深538．33m，寒灰累注水泥9393t、鹽15659kg、三乙醇胺2752kg、粉煤灰900t、鋸末9510kg。鉆孔注漿上壓后，對鉆孔進(jìn)行透孔檢驗，注漿效果良好，同時為礦井節(jié)約了大量的注漿材料的資金。

5主要結(jié)論及經(jīng)濟(jì)效益

(1)極復(fù)雜水文地質(zhì)條件下，加入適當(dāng)比例的粉煤灰混合水泥漿液，可以在保證注漿效果的前提下，最大限度地節(jié)約成本。

(2)隨著粉煤灰用量的增加和水灰比的提高，漿體抗壓強(qiáng)度降低。因此，最大注水泥與粉煤灰的比例可調(diào)整為1∶1。

(3)極復(fù)雜水文地質(zhì)條件下混合漿液配比研究為礦井防治水工作提供了參考依據(jù)，在今后注漿工程中使用混合漿液，可降低注漿成本、提高注漿效率、減少漿液不必要的擴(kuò)散。

(4)龍門煤礦2003巖中巷治水工程注6－1分支孔注粉煤灰900t，按差價330元計算，單孔節(jié)約注漿材料費(fèi)29．7萬元，添加其他注漿材料使注漿擴(kuò)散半徑減小，提高漿液效率，減少材料浪費(fèi)。

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作者:吉哲 馮杰 康小雨 單位:永煤集團(tuán)洛陽龍門煤業(yè)有限公司