复杂水文地质下混合浆液的配比研究范文

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摘要:结合龙门煤矿注浆堵水工程，通过对注浆系统进行分析，探讨极复杂条件下在注浆混合浆液配比中添加粉煤灰、“工业盐+三乙醇胺”或锯末保证注浆效果，对龙门煤矿成功治水意义重大。

关键词:注浆堵水;混合浆液配比;浆液黏度;浆液结实率;浆液抗压强度

龙门煤矿为低瓦斯矿井，水文地质类型为极复杂型，矿井正常涌水量799m3/h，最大涌水量901m3/h。2016年5月10日，龙门煤矿2003岩中巷22#钻场段出水，经取水样分析，出水水源为寒武系灰岩水，矿井进行保护性停产。2017年5月，委托郑州祥隆地质工程有限公司进行地面治水任务。

1研究目的

随着龙门煤矿堵水工程的科学、有效开展，在出水点区域注6－1分支孔揭露纵向隐伏构造，灰岩溶隙极其发育、导水通道极为畅通，导致注浆量大大增加。在此期间，为保证注浆效果，提出了对“极复杂水文地质条件下混合浆液配比”的研究课题。

2本课题研究内容

(1)在极复杂条件下混合浆液配比中添加粉煤灰，保证注浆效果。(2)加入粉煤灰、“工业盐+三乙醇胺”、锯末用量对注浆效果的影响。(3)在注浆堵水工地成功使用混合浆液带来的效益。

3注浆工程

注浆工程主要设备采用二次射流搅拌制浆系统，具有较高的机械化、自动化程度，可进行连续制浆注浆且制浆量大(单套系统制浆量可达15t/h)，主系统包括七大部分，分别为供电、供水、供储灰、制浆、注浆、输浆、止浆。3．1注浆工程量根据矿井出水水源、出水层位及出水形式，计划该注浆堵水工程需注骨料约1000m3(砂子和石子各500m3)，注水泥30000t，按比例添加三乙醇胺及工业盐。3．2技术要求(1)单孔注浆段结束标准为钻孔注浆达到设计终压，且稳压不低于30min。

(2)工程整体竣工标准为施工检验孔无较大漏失量，且注浆量小于50t，经矿井井筒抽水实验，出水点水量小于50m3/h。

(3)根据单孔抽水实验及钻孔漏失量决定注浆材料及配比。

4混合浆液配比

4．1实验目的

龙门煤矿治水工程采用地面施工钻孔，利用注浆站注浆。工程注浆期间，要确保注浆的连续性，注浆时水泥浆浓度由稀到稠，注浆泵挡位由高挡位至低挡位，浆液流速由快至慢。在极复杂条件下，混合浆液配比的研究要在不同水灰比下，分别对水泥用量、粉煤灰用量(混合浆液中含工业盐、三乙醇胺量)进行单一变量实验和研究。水泥及粉煤灰混合浆液充填注浆方法是在特定的压力下，利用施工钻孔将混合浆液压入地层空间内，使混合浆液产生物理化学变化，置换水体空间，最终达到封堵导水通道及加固含水层的作用。为了保证注浆效果的同时降低注浆成本，对混合浆液进行配比试验。

4．2实验结果和分析

本次试验着重从混合浆液的黏度、结实率和抗压强度进行分析研究。

(1)浆液黏度。混合浆液在流动时，液体分子之间会产生阻碍运动的内部摩擦力，摩擦力越大，浆液的黏度就越高。随着黏度的增加，会直接影响浆液的扩散范围、沉降速率、凝固时间。

(2)浆液结石率。当混合浆液析水率降低时，结石率会变高，随之稳定变强，利于采空区或导水通道的注浆填充。

(3)浆液抗压强度。受水泥和粉煤灰混合比例的影响，粉煤灰使用量逐渐增加时，混合浆液的抗压强度会随之降低;水灰比适量增加时，混合浆液的抗压强度会随之降低。本次混合浆液配比试验，稠度凝结时间采用上海璐达实验仪器有限公司生产的稠度凝结时间测试仪(仪器符合GB3350．6的规定)，仪器试棒下端为试针式。凝结时间用人工测试方法，分别对不同水灰比情况做凝固时间和抗压强度的实验对比。相同水灰比条件下，当粉煤灰替代水泥比例增加时，混合浆液凝固后的抗压强度降低;混合浆液粉煤灰使用量相同条件下，水灰比适当降低时，混合浆液抗压强度会逐渐减小。

(4)试验效果分析。浆液配比研究对龙门煤矿治水工程注6－1孔(揭露大导水通道)的注浆具有很强的指导作用，浆液起始比重1．20t/m3～1．25t/m3，逐步提高至1．30t/m3～1．35t/m3。注浆期间钻孔无上压表现，且钻孔揭露通道较为畅通，可添加粉煤灰。粉煤灰添加比例初始10%逐步提高，每注浆液500t为一阶段，注浆压力无变化条件下，逐渐加大粉煤灰添加量，最大注水泥与粉煤灰的比例可调整为1∶1。为保证浆液凝固效果及克服添加粉煤灰浆液凝固慢的特点，有比例添加盐和三乙醇胺，比例是5‰和5。为逐步控制浆液扩散距离，浆液内添加锯末，加入量50kg/h～75kg/h。在使用混合浆液注浆期间，必须密切观察注浆压力变化，在注浆起压初期开始，停止添加锯末、粉煤灰、工业盐、三乙醇胺，保证注浆区域(出水点区域)水泥充填，提高注浆效果。2003岩中巷治水工程注6－1分支孔，裸孔段孔径152mm，孔深538．33m，寒灰累注水泥9393t、盐15659kg、三乙醇胺2752kg、粉煤灰900t、锯末9510kg。钻孔注浆上压后，对钻孔进行透孔检验，注浆效果良好，同时为矿井节约了大量的注浆材料的资金。

5主要结论及经济效益

(1)极复杂水文地质条件下，加入适当比例的粉煤灰混合水泥浆液，可以在保证注浆效果的前提下，最大限度地节约成本。

(2)随着粉煤灰用量的增加和水灰比的提高，浆体抗压强度降低。因此，最大注水泥与粉煤灰的比例可调整为1∶1。

(3)极复杂水文地质条件下混合浆液配比研究为矿井防治水工作提供了参考依据，在今后注浆工程中使用混合浆液，可降低注浆成本、提高注浆效率、减少浆液不必要的扩散。

(4)龙门煤矿2003岩中巷治水工程注6－1分支孔注粉煤灰900t，按差价330元计算，单孔节约注浆材料费29．7万元，添加其他注浆材料使注浆扩散半径减小，提高浆液效率，减少材料浪费。

参考文献:

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作者:吉哲 冯杰 康小雨 单位:永煤集团洛阳龙门煤业有限公司