浅析注浆灭火在矸石山生态修复中应用

王 晓 军

(山西宏厦建筑工程有限公司，山西 阳泉 045000)

1 概述

在传统的矸石山治理过程中，灭火主要依靠矸石分层碾压，黄土覆盖封闭，在此基础上以浅层注浆灭火降温作为辅助补救措施。但由于工程费用高，施工速度慢，质量难保证，空气隔绝效果差且存在自燃现象，需对上述工艺进行优化。采用深、浅孔交替布置，灌入配比浆液的工艺施工，可迅速隔绝氧气并降低内部温度，从而达到灭火的效果。在顶部表面覆盖一层粘土并将其压实，使整个矸石山形成一个封闭的整体。本工艺能降低工程造价，减少对环境的污染，对提高经济和社会效益明显。

2 适用范围

前期排放岩矸及渣石的排矸场及后期“边排边治”的排矸场，尤其对老旧矿井常年堆排形成的矸石山治理效果更加明显。

3 注浆灭火施工工序

3.1 注浆灭火工艺原理

施工采用“钻孔注浆法”对矸石山着火区进行降温，灭火。其原理是先将灭火材料加水制成灭火浆液，再将灭火浆液注入矸石山的内部。在浆液接触到高温矸石后，通过水分的蒸发带走大量热量；灭火浆液中的固体则包裹在矸石表面或充填于矸石空隙之中，减少矸石与氧气的进一步接触，通过降温与隔氧两方面的作用，来达到灭火的目的。在顶部表面覆盖一层粘土并将其压实，使整个矸石山形成一个封闭的整体。本工艺能有效降低工程费用，减少对周围环境的影响，对提高经济和社会效益明显。

3.2 流程框图

灭火工程施工总流程见图1。

4 施工过程及技术措施

4.1 施工前准备

4.1.1施工准备

施工现场所需设备机械、工器具已进场就位，项目部管理人员、专业施工人员已按要求进行岗前培训和安全技术交底并签字归档。前期相关技术管理资料已报监理单位审批(包括承包单位及人员资质报审、专项施工方案报审、设备报验及原材料复检报验等)。

4.1.2施工放线

1)用全站仪、经纬仪结合钢尺，根据图解坐标放在实地位置，在实际的孔位处用红色的木桩做标记。钻孔位置可根据实地情况调整，其他钻孔误差小于0.5 m。2)矸石山钻孔孔位测量执行国家标准《地质矿产勘查测量规范》。填写注浆孔放样验收书，放样后经验收合格，可进行下一道工序。

4.2 施工过程

4.2.1成孔

注浆工程技术要求：钻孔采用φ73～φ89回转钻进；马道及平台钻孔，浅孔深3.5 m，深孔深7.5 m，正方形布置，孔距6 m，钻孔位置应设在坡顶线不小于1.5 m为宜，若距离太大会造成浆液流失(见图2)。

4.2.2注浆施工

1)注浆材料配制。钻孔注浆：水固比1∶ 1.0～1∶ 1.2，水泥、熟石灰和粉煤灰的重量比1∶ 2∶ 7。

2)原材料。清水用水表或定量容器计量、水泥和熟石灰按重量计，并要求抽查水泥和熟石灰的重量。水：施工现场水源。水泥：优先选用矿渣水泥，其次是普通硅酸盐水泥。熟石灰：采用三级以上新鲜石灰，符合国家标准。粉煤灰：采用控制烧失量小于15%，符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》国家三级质量标准。

3)搅拌时间每次不得少于10 min。

4)单孔(深孔)平均设计注浆量约为14.25 m3。

5)注浆工艺。施工顺序：由外向内，由浅而深逐步推进，首先进行最外侧两排进行注浆作为帷幕。对受注孔的钻探资料查阅分析，做出注浆情况的初步判断。若某一浓度浆液的注入量已达设计量的20%以上，而注浆压力和单位吸浆量无明显变化时，应调浓一级或两级灌注，在注浆后期泵压逐渐升高或吸浆量逐渐减小的情况下，不应改变其水固比。灭火孔注浆的质量是灭火工程材料消耗大小的关键，注浆过程要采用定量定压，孔口压力要小，每个孔每次注浆量要小于5 m3，并随时观测孔口情况，钻孔注浆采取间隔式(隔一打一)打孔注浆，以便于浆液更好的吸收，每日将已成的注浆孔全部进行注浆封孔，以防止大雨天气雨水灌孔形成大量水蒸气，避免出现水蒸气爆炸现象。当注浆量过大时，采用间歇式注浆。钻孔下管后，为防止新鲜空气通过钢管进入矸石山内部发生助燃，需将未注浆的孔口用定制带丝扣的铅帽进行封闭，待注浆时再打开。注浆时，为防止发生“气爆”现象，需将周围事先封闭的孔口拧开通气。终止注浆标准：孔口压力达0.5 MPa以上，灌入量小于7 L/min，且持续15 min；坡面大量溢浆；以上各条均可作为单孔注浆终止的标准。

5 质量控制措施

5.1 钻孔施工质量保证措施

施工前首先由测量人员复核测量基线水准点的准确性，按设计要求放出桩位线，由专人验线并做桩位预检记录；经监理复核认可后才能施工。

钻机就位时，调整好钻机的水平，要平稳，牢固，钻杆要垂直，经专人检查钻机对桩位的偏差及垂直度偏差，符合要求后才能施工。

钻进中要求带套管作业，防止塌孔和孔斜。

钻到设计深度时，由专人检查后，做好预检、隐检记录，请监理验收，合格后进入下道工序。

5.2 注浆施工质量保证措施

对所有原材料、成品、半成品进行全面检查，保证产品质量合格。还要按要求进行一定数量的抽检试验，质量不合格的产品决不采用。

实行自检、复检和质检部终检制度，每道工序的工程数量、工程质量和隐蔽工程检查合格后方可进行下一步施工。

对关键工序实行旁站监督，全部施工必须置于质检人员的现场监督检查之下。

浆液配制过程中，应派专人在现场搅拌站进行监督检查，严格按照配合比进行配料。

6 施工人员安全控制措施

施工人员进场必须经过三级教育后方可进行进场作业。认真学习并严格执行安全技术操作规程，不违章作业。

特殊工种必须持证上岗，并熟悉机械设备操作规程，施工时，按照机械设备和安全操作规程进行操作。

所有操作人员必须正确佩戴安全防护用品(加厚防火手套、防火胶鞋、安全帽、防毒面具、安全带等)。

施工人员在矸石山施工时严禁穿半袖及短裤，必须穿长袖衣服和长裤，以防矸石烫伤。

每天施工前要对机械设备进行安全检查，交接班要填写安全记录，如出现安全事故，应及时履行报告手续。

钻机就位时，调整好钻机的水平，要平稳，牢固，钻杆要垂直。机械设备要有足够的安全保障，同时要有足够的安全系数。

钻进中若有有害气体冒出，则用等待空放法排气，严格控制放火，注意人身安全。

施工期间对施工区域内进行有害气体监测，专人监测，当检测仪报警或者施工人员闻到刺鼻气味时，立即撤离施工现场，到高处空气流通好的区域。

施工人员实行倒班制，同一班同一组作业人员不得连续作业，施工间隔2 h施工人员要到上风处通风较好的区域进行休息通风换气，以防长时间在矸石山环境下施工发生意外。

在灭火钻孔、注浆施工中，为了防止注浆液遇内部高温产生水蒸气聚集导致喷爆发生意外，在施工中每钻探一个孔，进行注浆时，必须在两个钻孔中间钻一个透气孔，在钻孔、注浆作业时，设备就位好后，人员必须撤离安全位置，并且要做临时防护墙，防护墙随走随搬运，防止喷爆矸石飞溅，发生人员伤害等事故。

施工期间对施工区域内进行有害气体监测，专人监测，当检测仪报警或者施工人员闻到刺鼻气味时，立即撤离施工现场，到高处空气流通好的区域。

施工人员在矸石山灭火施工时间不得连续超过2 h，超过2 h施工人员必须到上风处通风较好的区域进行休息，以防意外发生。

7 工程实例的应用

该工艺已在阳煤集团二矿狮脑山矸石山生态环境恢复治理示范工程、南煤集团大阳泉矿龙掌沟矸石山生态环境恢复治理示范工程中得到成功应用，取得了显著的社会经济效益。

由于本工艺具有降温灭火效果好、施工简单且速度快和无环境污染等优势，预计将会在今后的矸石山治理工程中得到更广泛的应用。