谈矸石山注浆阻火技术

李 保 平

(山西机械化建设集团公司，山西 太原 030009)

谈矸石山注浆阻火技术

李 保 平

(山西机械化建设集团公司，山西 太原 030009)

针对矸石的自燃原因，介绍了矸石山注浆阻火技术方案的选择，并从浆液的配制、浆管的埋设、钻孔施工工艺及注浆步骤等方面，阐述了矸石山注浆阻火的技术措施，指出注浆阻火技术对矸石山的治理有较好的应用和推广价值。

矸石山，注浆压力，浆液，配合比

山西省是煤炭资源大省，省内众多煤矿星罗棋布。改革开放以来，我省经济发展的主要支柱是煤炭业，采煤量逐年增大，伴随着采煤量的不断上升煤矸石产量也逐年上升。由于历史原因，以前的矸石多露天堆放未采取有效措施，已有多处矸石山发生了自燃现象，矸石自燃过程中会产生大量CO，SO2与H2S等有毒、有害气体及烟尘，严重污染大气环境。矸石燃烧产生的酸性气体经雨水淋溶形成的酸性水，渗透到地下污染地下水，严重危害人们的身体健康。荫营煤矿瓦斯抽房站二号挡墙背后路基为天然地基持力层为矸石，且部分矸石已发生自燃现象，为防止矸石自燃对南侧的瓦斯抽放站造成危害。我项目部经过几个月的不断摸索、调研后，于2013年年初对二号挡墙背后矸石山进行钻孔注浆阻火施工，并初步取得了成功。

1 矸石山自燃机理

荫营煤矿的矸石中有可燃物碳，随着环境温度的升高，促使矸石的氧化反应加速，达到临界温度点后，矸石便自燃。

2 阻火工程方案的选择

2.1 阻火注浆方案的选择

针对自燃机理的分析发现矸石山自燃需具备3个条件：可燃物、供氧、蓄热，对矸石山自燃阻断，必须破坏其自燃条件，参照国内外先进经验结合多年的工作实践，矸石山阻火方法常用的有覆盖法、表面浇灌法与注浆法。注浆法的阻火机理是通过“降温”与“隔氧”的双重作用来达到阻火的目的，降温和隔氧效果均优于表面浇灌法，覆盖法需用大量黄土，表面浇灌法简便易行，但浆液难以渗入矸石山内部，会造成复燃。最后经过比较分析及现场勘察，确定对本矸石山阻火工程采用注浆法，使阻火工程既经济快速、实施方便，又切实有效、不易复燃。

2.2 注浆参数的选择

2.2.1 注浆方式

注浆方式按注浆管的选择不同分为直管注浆和渗透管(花管)注浆。直管注浆浆液由注浆管端口直接注入，形成的注浆扩散区域是球形。花管注浆即通过在钢管管壁表面开小孔的注浆管将浆液注入，该注浆管底部端口是封闭的，浆液是通过管壁上的小孔进入矸石堆，这种方式注入的浆液扩散后形成的浆液扩散区是圆柱状的。

矸石燃烧中心的位置一般处于矸石山表面,其深度不超过3 m，结合现场实际情况，自燃矸石山表层2.5 m厚的矸石为矸石燃烧层，矸石堆的氧气均在该层中耗尽，下层的矸石层缺氧不能保持燃烧。所以，采用注浆阻火的方法时，采用花管注浆法处理。

2.2.2 注浆压力与渗透半径

浆液在矸石孔隙中的扩散、渗透和固结的范围，由浆液的有效扩散半径R所决定，在采用花管注浆时，泥浆的扩散半径可由以下(马格)公式计算得到：

其中，r1为注浆管半径，cm;K为矸石的渗透系数，cm/s;C为水的粘度，0.001 Pa·s；C1为泥浆的粘度，0.001 Pa·s；h为注浆的压力，cm·H2O；t为浆液的凝固时间，s;η为矸石的孔隙率，%。

3 矸石山阻火注浆的实施

3.1 施工准备工作

施工准备工作主要包括:施工临建搭设；施工临时道路的整修、修建；施工场地平整；蓄水池、泥浆池的修建等。

3.1.1 蓄水池的修建

蓄水池为本工程施工的基础设施，本工程拟建1个蓄水池，采用砖混结构，尺寸6 m×3 m×1 m，容积约20 m3，施工方法为人工挖掘、修整。周边设立围栏并竖立安全警示牌。

3.1.2 泥浆池的修建

泥浆池是工程施工的核心设施，本工程拟建泥浆池1个，采用砖混结构，容积约2 m3，施工方法为人工挖掘、修整，池口加盖板，周边设立围栏，并竖立安全警示牌。

3.1.3 测量放线

1)孔位测放。

本工程测量放线所用仪器为全站仪和皮尺，全站仪在使用前应经过有关部门鉴定合格，并在鉴定有效期内。

孔位可根据施工进展用极坐标法分批测放。孔位采用木桩标识，木桩上涂红漆，并在旁边竖立小木牌，详细注明其孔号、类型等。孔位应采取有效保护措施，钻孔实际位置与图纸位置之差不应超过1 m。因地面影响，钻孔不能放在图纸规定位置时，可视具体情况，在业主工地代表同意之处布设孔位。

2)测量放线的检查、验收与保护。

测量放线采用三级检查一级验收制，即先由测量员进行自检、复测，再由质量检查员复检确认无误，然后由项目总工审定，并报业主代表或监理工程师进行验收并签字。

3.2 阻火注浆施工

3.2.1 制浆材料的准备

本工程中所采用的制浆材料由水、白灰、粘土、纤维素组成。编制材料用量计划，按计划提前采购，保证现场有一定的储备。

3.2.2 成孔

注浆孔按单排布置，先从下游开始钻孔。施工采用φ127 mm钻头开孔，钻孔钻至深度为1.5 m后，采用φ100 mm套管护壁，随后采用φ89 mm钻头继续取芯钻进，钻至矸石层底面下1 m处终孔。

3.2.3 安放孔口管

将一端带有φ110 mm～φ120 mm法兰盘的φ50 mm射浆管下入距离孔底50 cm处，然后封孔，孔口以下30 cm用水泥浆封孔，下部用红粘土填充,然后灌入石灰泥浆。

3.2.4 浆液制备

将石灰和粘土按3∶7的比例连续投入制浆机，并以一定流量加入清水，先制成20%的稀泥浆。接着导入泥浆池，由泥浆泵经回流泵回泥浆池，利用泥浆回流压力反复充分搅拌均匀。本工程配合比共分四级，各级浆液比重分别为1.13 g/cm3,1.20 g/cm3,1.30 g/cm3,1.40 g/cm3。具体配合比见表1。

表1 浆液配合比

3.2.5 浆液灌注

注浆是本工程地基处理施工的核心。施工前选择具有代表性的区段进行试验，结合施工图纸及现场实际，按设计要求，对施工所用的原材料、浆液配比、浆液性能指标、注浆孔成孔及注浆施工方案、施工工艺、施工方法等进行论证选择，确保工程质量。

浆液的配制及其性能指标，必须严格执行设计规定，把好原材料进场质量关，保证浆液质量满足设计要求。

注浆前必须测量注浆孔及邻孔孔深，施工过程中应设专人对邻孔孔深、串浆及地面冒浆等进行观测。

注浆顺序：浆液由稀到稠，注入500 L后若无压力，逐级递增至1.40 g/cm3。当注浆量大于或接近设计注浆量，仍不起压时，应在浆液里添加适量纤维素。

注浆进行中，发生冒浆时，应采用限流、限压注浆并在冒浆区域夯实或添堵等方法处理；发生串浆时，应用2台泵对两孔同时注浆，不得用1台同时对两孔注浆。

单孔注浆结束标准：在注浆孔注浆的末期，泵压逐渐升高，当泵量小于1 L/min，孔口压力在0.03 MPa～0.05 MPa之间时，稳定90 min；或注浆孔周围50 cm外有冒浆现象时，可结束该孔的注浆施工。

4 质量控制措施

1)注浆过程中严格控制注浆有效量，防治浆液流失。

2)注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法，稀浆的注浆时间不少于10 min。记录注浆过程中发生的各种现象，收集原始数据，并根据实际情况及时调整注浆量和浆液浓度。

3)浆液从开始制备至用完时间一般不超过2 h。

4)浆液每次搅拌时间不得少于3 min。

5)详细记录注浆孔位、压力和压浆量。

5 实施效果

经过治理，矸石山表面的明烟、明火已被彻底扑灭。阻火施工前后分别对瓦斯抽放站二号挡墙墙壁上的测气孔作了监测，结果见表2。

表2 瓦斯抽放站二号挡墙治理前后SO2,CO监测结果 Mg/m3

监测结果表明，矸石山自燃产生的主要污染物SO2，CO，通过阻火治理，SO2，CO浓度均已基本达到GB 3095—2012环境空气质量标准中规定的三级标准。

6 结语

1)实践证明，如采用注浆法对矸石山进行阻火处治，能够达到稳定的阻火效果。注浆施工工艺有设备简易、操作简单、施工安全、投资少、见效明显、速度快等特点，有特别好的应用与推广价值。

2)为了取得显著的工程效果，必须根据现场实际地质情况结合工程特点的不同，设计合适的注浆材料和注浆工艺。

3)注浆阻火施工的关键是合理地确定注浆位置、严格控制注浆量和注浆压力。

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On fire retardance technique in grouting of gaugue dump

Li Baoping

(ShanxiMechanizedConstructionGroupCompany,Taiyuan030009,China)

According to the reasons for the spontaneous combustion of the gaugue, the paper introduces the selection for the fire retardance technique scheme, the preparation for the seriflux, the burial of slurry pipes, construction craft for drilling and grouting steps for the grouting of the gaugue dump, illustrates the technical measures for the fire retardance for the grouting of the gaugue dump, and points out the better application and value of the technique for the treatment of the gaugue dump.

gaugue dump, grouting pressure, seriflux, proportional ratio

1009-6825(2017)21-0046-03

2017-05-16

李保平(1976- )，男，工程师

P642

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