新型注浆设备在地质防治水超前探施工中的应用

王传永 汪 佩 李向阳

(河南省正龙煤业有限公司城郊煤矿)

新型注浆设备在地质防治水超前探施工中的应用

王传永 汪 佩 李向阳

(河南省正龙煤业有限公司城郊煤矿)

详细分析了新型风动注浆泵在地质防治水超前探施工中的应用成果，结果表明：新型风动注浆泵的应用，减少了施工准备时间，提高了工程施工效率和施工质量，解决了地质防治水零星工程施工设备搬运的难题，有效降低了设备搬运过程中潜在的安全隐患，节约了大量工时，在煤炭经济和企业发展新常态的形势下，达到“减人提效”的目的。

新型风动注浆泵 超前探施工 新常态 减人提效

河南省正龙煤业有限公司城郊煤矿为河南能源永煤公司的主力矿井，位于河南省永城市境内，2003年投产，2009年核定生产能力5.0 Mt/a，采用立井两水平上下山开拓方式，主采二叠系山西组二2煤层，水文地质条件中等，属瓦斯矿井[1-2]。该煤矿井下日常地质防治水超前探工程和零星工程(如斜巷壁后注浆)较多，相较于工作面与底板改造工程，上述单项工程施工通常需要在尽可能短的时间内实现设备就位、工程实施并取得成果，以便指导施工。以往井下地质防治水工程施工主要采用ZBSB-32～120/10.5～3型注浆泵，该型注浆泵采用电力驱动，整机重量超过1.2 t，受现场自然条件的限制，人力运输极为不便，导致施工准备时间较长。为缩短准备时间，减轻职工劳动强度，引进了小型轻便、以风能为动力的2ZBQ-3/21型矿用风动注浆泵。

1 风动注浆泵

2ZBQ-3/21型矿用风动注浆泵由气缸、浆缸、柱塞、吸排浆阀、混合器、吸排浆管、双气控换向阀和气源处理三联体等零部件组成，见图1。该型矿用风动注浆泵技术参数见表1。

图1 2ZBQ-3/21型矿用风动注浆泵结构

压缩空气通过球阀到三联体中的分水滤气器，净化后的压缩空气到达定值式调压阀，该定值调压阀可自动调节输出的气体流量，具有保持输出气体压力不变的功能，使得排出的浆液具有定压自动调量的性能，排出的浆液随注浆压力的增加而减少排量。压缩空气经三联体到二位五通换向阀及行程阀，气缸活塞推动行程换向阀控制气控换向阀换向，推动气缸活塞作拉杆式往复运动，活塞拉杆直接推动液缸活塞，通过进、排浆阀，完成吸排浆工作，浆液通过混合器混合，通过注浆嘴，压入孔口，进而扩散到岩层的裂隙中。

2 应用实例

根据三维地震资料，城郊煤矿二水平南翼末部联巷西侧发育DSF7逆断层，落差约27 m。由于该断层落差较大，且断层预计切割至深部L8含水层，存在一定的导水可能性。为准确查明断层面位置、导水性及落差，确保二水平南翼末部联巷掘进安全，根据《煤矿防治水规定》，利用钻机在二水平南翼胶带大巷SYP25点前162 m处实施超前探工程。由于二水平南翼胶带大巷运输距离长、工期紧张，且设备搬运不便，确定采用2ZBQ-3/21型矿用风动注浆泵配合钻机进行地质超前探施工作业。

2.1 钻孔布设

钻孔施工按照“先探测、后加固”的原则，首先对断层导水性及断层位置、落差进行控制，然后对断层上盘底板灰岩进行注浆加固。根据矿区水文地质资料，该处L8含水层水压约4.1 MPa。超前探工程自2015年6月3日开始施工，6月8日结束施工，累计施工钻孔4个，钻探进尺487.5 m。钻孔施工参数见表2。

表2 探DSF7断层钻孔设计参数

2.2 施工质量要求

(1)下管和埋管。钻孔开孔后按设计要求下入直径为108 mm的孔口管，使用风动注浆泵采用 P.O42.5#水泥和浓度为38～40 °Be′、模数为3.1～3.4的水玻璃混合双液浆进行埋管，待孔口返出稠浆后停泵，确保孔口管埋牢、埋实。

(2)埋管结束初凝2 h后进行扫孔，扫孔超过孔口管长度0.5 m，采用风动注浆泵进行耐压试验，耐压值不得低于12 MPa，稳压30 min以上，且管壁周围无跑水漏浆现象时方可继续施工，若未达到上述要求则需重新埋管。

(3)探3#、探4#孔必须在孔深40 m、60 m进行浅部注浆加固，浆液浓度1∶(0.5～0.6)，注浆终压15 MPa。

(4)若钻孔终孔水量大于5 m3/h，必须采用地面注浆站进行注浆，浆液密度1.28～1.32，注浆终压12 MPa；若钻孔水量小于5 m3/h，则采用井下风动注浆泵进行注浆封孔。

(5)钻孔封孔首先采用风动注浆泵向孔内压入水泥单液浆，压力达到12 MPa后可适当加入水玻璃，保证钻孔封孔后无漏水、渗水现象，封孔终压为15 MPa。

2.3 注浆效果

(1)2ZBQ-3/21型注浆泵采用全液压双作用，注浆压力可调、体积小、重量轻、灵活可靠。

(2)由于该型注浆泵具有注浆压力与流量成反比的软特性浆液输送功能，因此当钻孔刚开始注浆时，浆液流量较大，后期压力较高时，浆液流量自动减少，可确保注浆的安全可靠。

(3)由于该型注浆泵为气压驱动，无需电动设备，排除了电气“失爆”等重大隐患。

(4)由于该型注浆泵使用过程中无需换挡，大幅提高了钻场内的生产效率。

(5)该型注浆泵的自动调节性能可缩短注浆时间，确保注浆质量，节省材料。

2.4 施工工时对比

城郊煤矿以往常用的注浆设备主要为ZBSB-32～120/10.5～3型注浆泵，分别从设备搬运、安装、回撤等方面与2ZBQ-3/21型矿用风动注浆泵进行施工工时对比，结果见表3。

表3 2类注浆泵工时对比

由表3可知：在二水平南翼胶带大巷超前探施工中，使用风动注浆泵较ZBSB-32～120/10.5～3型注浆泵减少了76个工时。

3 结 论

(1)2ZBQ-3/21型矿用风动注浆泵的应用大大提高了劳动效率，施工钻孔埋管、试压、浅部加固和封孔质量的合格率均达到了100%，工程施工质量得以大幅度提高。

(2)通过使用该型注浆泵，减少了超前探钻孔施工准备时间，提高了施工效率,节约了大量人力、物力，创造了可观的经济效益。

(3)使用该型注浆泵较ZBSB-32～120/10.5～3型注浆泵减少了76个工时，按1个工时费100元计算，可累计节省工时费7 600元。在煤炭经济和企业发展的新常态下，达到了“减人提效”的目的。

(4)该型注浆泵解决了地质防治水零星工程施工设备的搬运难题，大大降低了设备拆、装、运过程中潜在安全事故发生的概率。

[1] 赵保林，王传永，刘 超.震波CT技术在断层超前探测中的应用[J].现代矿业，2015(9)：122-123.

[2] 汪 佩，李向阳.气动加柱式钻机在地质构造探测中的应用[J].现代矿业，2015(9)：124-125.

2015-10-21)

王传永(1985—)，男，工程师，476600 河南省永城市。