纳米级注浆材料及高性能混凝土斜井堵水应用研究.pdf
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1、第 1 8卷 第 2期 ( 总第 1 1 1 期) 2 0 1 3年 4月 煤 矿 开 采 C o a l mi n i n g T e c h n o l o g y V o 1 1 8 N o 2 ( S e r i e s N o 1 1 1 ) Apr i l 2 01 3 纳米级注浆材料及高性能混凝土斜井堵水应用研 究 汪青仓,李虎民,朱南京 ( 陕西华电榆横煤电有 限公 司 小纪汗煤矿 ,陕西 榆林 7 1 9 0 1 5 ) 摘要 为治理小纪汗煤矿斜井井壁大淋水,通过充分调研和多次现场试验证明,传统堵水 方法无效,干式喷浆混凝土无法粘贴在围岩表面,回弹率达到9 0 以上,最终确定
2、采用高性能混凝土 湿喷技术结合纳米级注浆技术进行治理,治理后使井壁淋水量 由5 4 m h下降到 2 7 1 m h 。结果表 明,采用高性能混凝土湿喷及纳米级注浆技术能有效封堵孔隙潜水及裂隙承压水。 关键词 纳米级注浆材料;高性能湿喷剂;井筒出水;孔隙堵水 中图分类号T D 7 4 3 文献标识码B 文章编号1 0 0 6 6 2 2 5 ( 2 0 1 3 )0 2 - 0 0 9 7 - 0 2 Re s e a r c h o n W a t e r Pl u g g i ng wi t h Na n o s c a l e Gr un t i ng M a t e r i a l a
3、 nd Hi g h- - p r o p e r t y Co nc r e t e i n S l o pe Sh a ft 1 矿井概况 小纪汗煤矿隶属于陕西华 电榆横煤 电有限责任 公 司,设计年产量 l O Mt a _ 1 j ,并配套建设 一座年 入洗能力 l O M t 的现代化大型选煤厂 ,矿井服务年 限 1 2 4 1 a ,矿井于 2 0 1 0年 1 O月开始 施工 ,预计 2 0 1 3年投产。 煤矿井筒在施工过程 中需穿过上更新统冲湖积 层孔隙潜水 、第 四系 中更新统 黄土孑 L 隙裂隙潜水 、 白垩系洛河砂岩孔隙裂隙潜水、侏罗系碎屑岩类风 化壳裂隙水、碎屑岩类裂
4、隙承压水等 5个含水层 , 根据实际的岩层揭露情况,井筒整体涌水量较大, 同时由于巷道局部地区出现泥、岩互层现象 ,造成 顶板较为破碎 ,淋水较大。尤其是副斜井在施工至 4 4 0 5 5 0 m段时 ,斜井顶板淋水达 5 4 m h 。 目前我国煤矿巷道 ( 井筒 )堵水技 术手段主 要有 围岩注浆及喷射混凝土。常村煤矿+ 4 7 0水平 回风巷 J 、红柳煤矿 1 1 2 2工作 面辅运巷 J 、龙 固 煤矿辅 2运输大巷 J 、郭家河矿主副井井筒 ( 斜 井) J 、骆驼山矿 1 6煤大巷 等均采用了注浆堵 水技术 ,取得 了 良好 结果。巷道 ( 井 筒 )喷射混 凝土可对 围岩形成
5、良好支 护 j ,阻 断深 部水 向巷 道壁渗透 。 小纪汗煤矿 由于副斜井围岩表面的淋水较大 , 传统的干式喷浆方法不能完成喷浆 ,喷射到淋水岩 面上的混凝土因凝 固慢 、无粘接强度而基本上都脱 落, 其回弹率达 9 0 以上,也曾尝试过先堵水使 岩面变干后再喷浆的方案 ,但由于没有能渗透到微 细孔隙里的合适注浆材料而堵水失败。井筒岩石表 面暴露在空气中受侵蚀并在孔隙潜水的浸泡下近 l 0个月,暴露岩层在逐步弱化 ,面临潜在 的垮塌 风险。因此 ,寻找一种能够实现斜井表面喷浆支护 并封堵住岩层孔隙潜水的材料及工艺是井筒掘进的 当务之急。 考虑工期 的紧迫性 ,决定对富水区的喷浆支护 和孔隙水
6、堵水选用高性能混凝土湿喷及纳米级材料 注浆解决井筒淋水 问题 。 2 副斜 井富水区施工方案及效果 2 1 副斜井富水 区地质条件 副斜井井筒全长 3 5 5 2 m,倾角 6 。 ,净宽 5 6 m, 净高 4 4 m,净断面 2 1 3 m ,巷道在穿越洛河组砂 岩段 4 4 05 5 0 m 含水 层 时,巷道 围岩淋 水较 大, 巷道岩性主要为砂质泥岩和细砂岩 ,水源主要以孑 L 隙水 ( 裂隙不发育)为主 ,水量达 5 4 m h 。 2 2 传统施工方案 当斜井施工出现涌水后 ,在富水区先后施工 了 多个导水孑 L 进行导水 ,试图将涌水导出 ,方便现场 喷浆施工 ,但 由于水 源
7、主要为裂 隙不 发育的孔隙 水 ,水流没有固定流向,导水效果甚微。使用普通 干喷法进行喷浆 时其 回弹率高达 9 0 以上 ,为改 进喷浆效果 ,在混凝土中增加了普通速凝剂及防水 剂的用量 ,但喷浆 时 回弹率仍高达 8 5 ,无法实 现正常喷浆并达到斜井支护的要求。 为了彻底解决上述问题,曾计划采用混凝土砌 碹的方式来通过该淋水段 ,但考虑到混凝土砌碹施 收稿日期2 0 1 2 - 1 0 3 1 作者简介汪青仓 ( 1 9 6 9 一) ,男,陕西洛南人,高级工程师,小纪汗煤矿矿长,主要从事矿井建设、开采设计及矿井管理等工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
8、 总第 1 1 1期 煤矿 开 采 2 0 1 3年第 2期 工工期长 、施工费用较高,同时无法与掘进施工平 行作业 ,因而放弃 了砌碹方案。 2 3 治理方案 为彻底解决孔隙水富水 区域的巷道支护问题 , 决定采用两步走的综合方案 :一是对岩层表面喷射 添加高性能外加剂的高性能湿式喷浆 ,保护岩层表 面不受空气 的风化和侵蚀 ,并起 到很好 的支护作 用 ;二是使用德国巴斯夫公司的纳米级注浆材料将 孑 L 隙水封堵在岩层深部 ,使巷道围岩的浅表部分不 再长期受孔隙水的浸泡和侵蚀而能长期保持其 自身 的强度性能。由于所选用 巴斯夫纳米级注浆的渗透 性非常好 ,为 了减少材料在 注浆过 程 中的
9、漏浆损 失 ,先湿喷形成密封层 、再注浆的施工工艺。 2 3 1 高性能湿式混凝土喷浆 分析认为干喷回弹率大的原因在于围岩表面淋 水大 ,还没来得及粘结和硬化就被水 冲掉。为此, 小纪汗煤矿与巴斯夫公司共同合作试验 ,在混凝土 中添加外加剂马丽散 R P湿喷剂 ( 增强粘接效 果 、减少 回弹) ,配合 比如表 1所示 。 表 1 高性能湿喷混凝土配比 k g m : 互 塑 旦 型 4 5 0 9 5 0 6 5 0 2 0 0 2 3 7 5 采用 6 m h湿喷机进行施工。湿式 混凝土喷 浆首先从出水较小 的区域开始 ,在 出水 较大 区域 , 先将导水软管插入引水孔 ,然后连 同导水软
10、管一起 喷在混凝土喷层内。1 1 0 m斜井井筒共喷浆 3 3 0 m 。 通过现场喷浆发现 :在高性能混凝 土外加剂 马丽散 R P湿喷剂的作用下 ,喷射混凝土在有 水的表面能够快速反应和粘接,使得孔隙水环境下 的湿式喷浆得以成功实施。现场喷浆 回弹率较小 , 帮部喷浆 回弹率小 于 1 0 ,巷道拱部 回弹率小于 2 0 ,远小于干喷 8 5 的喷浆 回弹率。现场试验 效果证明,湿喷工艺可有效解决副斜井富水区喷浆 支护困难问题。 2 3 2注浆堵水 和加 固方案 ( 1 )注浆材料纳米级注浆材料颗粒小 ( 1 1 0 0 n m) ,可注入性高 J 。本次注浆采用德 国巴斯 夫生产的美固M
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