水泥与化学材料联合注浆堵水技术研究与应用

国栋材

（山西焦煤霍州煤电集团（有限）责任公司，山西临汾033200）

0 引言

水患是矿山安全生产的隐患之一，解决方法主要有引导水流汇聚进行水泵排水、水泥注浆封堵等。引导水流汇聚进行水泵排水是将水流引导至水仓内进行汇聚，利用水泵进行排出，额外增加了人力、物力和财力的投入，花费的成本太高且不能从根本解决问题。水泥注浆[1]是将水泥与速凝剂浆液利用高压泵打入煤岩裂缝中，水泥浆凝固后实现堵水。这种方法的劣势在于当出水水压较大时，水泥浆封堵效果差[2]；当裂隙为微裂隙[3]时，水泥浆扩散效果差，封堵效果不好；此外水泥注浆时，严重威胁职工的身体健康；若矿山压力大，后期会出现注浆点产生裂隙，继续导水。为解决水泥注浆封堵之不足，某矿开展了水泥与化学材料联合注浆堵水技术研究。

1 工程背景

某矿副斜井井筒倾角-22°，直墙半圆拱形断面，宽4.6 m，高4.1 m，巷道断面为15.6 ㎡，在底板中部铺设两趟38 kg/m 的轨道。副斜井井筒30 m～90 m 区段为河床砂砾层，距河床直线距离为55 m，渗水量为6.5 m3/h，冬季渗水结冰影响斜井运输，矿井需要成立专门的破冰队进行除冰作业，此项作业危险性较大，矿方一直在寻求根治方法。

2 化学材料介绍

CH-601 型化学材料，由A 液、B 液两种真溶液组份组成。A 液为多元复合高分子有机液体，B 液为多元复合无机液体。将A 液、B 液按照一定比例制成的浆液胶凝时间从几秒到数小时可任意调节。对于大裂隙、大通道的涌水宜采用双液注浆，快速凝胶堵水；对微裂隙涌水进行注浆封堵时，可采用单液注浆，也可采用双液注浆，通过不同的配比，延长胶凝时间，加大浆液在微裂隙岩层的扩散效果与半径，提高堵水率与堵水效果。

表1 CH-601材料技术参数

3 注浆方案及参数

3.1 方案

结合水文地质资料分析及现场勘察，本工程采用水泥与化学材料两种浆材结合的方式进行注浆施工。首先利用水泥浆材的经济性充填壁后浅部围岩较大裂隙，然后采用化学材料的先进属性封堵深部较小裂隙，凝胶时间设定为3 h。

3.2 注浆孔布置及参数

3.2.1 围岩浅部注浆孔参数

钻孔排式布置，排距2.5 m，每排7个孔，其中正顶1 个，两肩各1 个，两腰各1 个，两底角各1 个。钻孔垂直巷壁。孔深1.5 m。孔径φ 42 mm。全长60 m 巷道共布置24排、计144个注浆孔。注浆孔布置详见下图。

采用7655 型气腿式凿岩机施工钻孔，选择直径φ 42 mm 一字冲击钻头，钻孔设计1.5 m 深，一次施工到位。成孔后用打管器将缠有麻丝的φ 10 cm注浆铁管打入至挡环深度。注浆采用ZBQ-15/5 型风动双液注浆泵。注浆顺序先下后上，先注两帮后注两肩，最后注拱顶。

图1 浅部注浆钻孔布置

理工科类内容占多数，人文社科类内容较少。从教育部公布的全国优秀外文教材目录看，近五年的教材也不到百本，而且偏重理工类，人文社科类极少。游学是一种跨文化教学模式，要求对异国的政治、经济、文化等相对深入的思索和认知。相对理工科类内容，人文社科类教材将担负起影响和传播的任务。因此，游学教材需在学习环境、学习资源和协作学习的教学环节中，围绕人文社科内容，开展行之有效的包含准备、实施和反思的教学环节，让游学生在积极主动的状态下参与中国文化的学习和思考。

钻孔排式布置，与浅部水泥注浆孔错开，排距2.5 m。每排7 个孔，其中正顶1 个，两肩各1 个，两腰各1个，两底角各1个。钻孔垂直巷壁。孔深5 m。孔径φ 28 mm。全长50 m巷道共布置24排、计144个注浆孔。

3.3 注浆参数

3.3.1 注浆压力

西方文明发展演进逻辑是生产力发展的结果，受到西方历史条件、地缘条件和文化传统的影响。中国文明自信演进逻辑也是生产力发展的结果，也受到中国历史文化传统和地缘条件的影响。二者不是天然对立的，而是人类社会发展演进的逻辑展开。

围岩浅部水泥注浆时要求的压力达到3 MPa，时间要求为达到5 分钟，最大注浆压力不得超过5 MPa。深部化学材料注浆要求注浆压力为8 MPa，时间要求为达到1 min，最大注浆压力不得超过10 MPa。

3.3.2 注浆顺序

先浅部水泥注浆，后深部化学注浆。水泥注浆先由施工段下端开始，依次向上移动。每排先两底角再两腰、再两肩，最后注顶。深部化学注浆总顺序由上向下施工。每排先左后右。先注出水少的一侧，后注出水多的一侧。

3.3.3 注浆量

注浆以达到设计注浆压力为准。根据此矿以往的注浆经验，预计本次注浆量为200 m3；其中浅部水泥注浆量约占90%，需要水泥144 t；深部化学材料注浆量约占10%，需要化学注浆材料CH-601液16.7 t。

3.3.4 注浆材料

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打眼→连接注浆管和注射枪→用高压胶管连接注射枪和注浆泵→将两根吸管分别插入装有镁多宝材料A液和B液的桶内→开泵注浆→冲洗机具→停泵→拆卸注射枪。

4 施工工艺

4.1 水泥注浆施工[4]

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也许是去年效益好的缘由，今年的园里栽了不少美人娇花，园林的负责人说，美人蕉花是鸡冠花好几倍，难怪前些年那片土慌着。给人一种园好企业兴的感觉。

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设备保养：制浆机和注浆泵需做到每班使用前进行加油维护，每注浆达到15 t水泥时，需要更换注浆泵的加压柱塞、胶垫、阀座等部件。

水泥注浆主要工序：

二是逆周期监管中通过确定最低资本充足率水平来缓释顺周期性。资本充足率是指一个金融机构在运营过程中的资本总额对其风险加权资产的比率，是保证金融机构在市场中正常运营和发展所必需的资本比率。在经济运行过程中，各国金融监管部门都会根据经济形势的变化运用自由裁量权来确定金融机构资本充足率的管制，以缓释监管中带来的顺周期性。在经济下行时监管部门会降低金融机构的最低资本充足率,在经济上行时监管机构会提高资本充足率。最低资本充足率的确定，直接影响着金融运行中的安全与周期性问题。

（1）制浆：制浆方法采用机械方法，浆液的浓度控制方法为先稀后浓的方法。

一是将红色文化融入课程设计。我军红色文化内涵丰富、源远流长。比如井冈山精神、长征精神、延安精神、雷锋精神、“两弹一星”精神等，其价值不仅体现在当时当地，更重要的是对社会进步和军队发展能够产生积极影响。课程是院校教育的重要载体，将丰富的红色文化融入课程设计之中，推动红色文化课程化，对于军队院校文化建设及我军红色基因的传承，都具有重要意义。

（2）压注：注浆时采用双液形式注浆，采用直径φ 19 mm 高压胶管压送。当注浆泵压力升至3 MPa 后，继续压注5 min后关闭注浆泵，关闭阀门，注浆结束。

化学注浆孔采用手持式帮锚杆机或顶锚杆机配用φ 28mm 合金钢钻头套孔打至成孔，孔深为5 m，成孔后下入注浆管。注浆管由长1 m，φ 12.7mm 无缝钢管两端套扣连接而成。

施工工艺[5]：标定钻孔位置→钻孔→检查钻孔质量→安装注浆管及球阀→制浆→开泵、注浆→封孔→凝固→验收质量。

尘世中的好男人，应该就是这个模样了吧。生而为人，谁还没几个缺点呢？毕竟你我，也只是许姣容那般的普通女子，求的是平安顺遂，要的是白头偕老，盼的是子孙满堂。完美太难得，幸福就很好。

4.2 化学注浆施工

清洗：每次注浆完成必须立即将注浆泵吸浆管放到清水池内吸取清水，对注浆泵加压泵腔和注浆管路进行清水清洗，并保证清洗时间在10 min以上。

施工工艺：标定钻孔位置→钻孔→检查钻孔质量→施工锚索→安装注浆钢管→锚索锁具锁死注浆管→准备浆液→开泵注浆→封孔→检查注浆质量→验收。

化学注浆采用ZBQ-5/12 加强型专用风动双液注浆泵。

其注浆施工过程和水泥注浆类似，如下：

3.2.2 围岩深部注浆孔参数

围岩浅部注浆材料选用山水集团325#硅酸盐水泥与添加剂。水灰比例调整为0.8：1，把水玻璃由40°Bé稀释成20～30°Bé的浓度，水玻璃的用量要求为水泥浆用量的20%左右。围岩深部注浆材料选用CH-601材料，此材料由A液、B液两种真溶液组份组成，A液与B液配比比值为20：1。

图2 注浆过程

5 现场施工

5.1 施工工程量

本次在对副斜井30 m～90 m渗水区域进行注浆止水导流综合治理中，施工水泥钻孔67 个，共注水泥浆118 t，水玻璃23.6 t；施工化学浆液钻孔24 个，注化学材料11 t，副斜井挖沟槽80 m×0.3 m×0.2 m，埋管导流至联巷处水仓。

5.2 注意事项

(1)在注浆孔施工过程中，不得随意更换钻头直径，保证钻孔直径符合要求。

(2)打眼前在钻杆上做标记，保证打眼深度。打眼时严禁来回拉动钻杆，以免扩大孔径。

(3)安装注浆管前，必须用压风或高压水吹（冲）净眼孔内残存物质，确保封口严实。压风或高压水开启时，管口前方严禁站人。

(4)开机前应检查注浆设备和管路，检查阀门是否完全开启，管路接头要牢靠、严密、有效。注浆管必须采用合格的高压胶管。

(5)操作封孔器时不能正面面对，必须在注浆管内脉冲压力释放后再开启注浆阀门。

(6)司泵员必须始终严密注视泵压，关注泵况，并随时与前方观察人员联系，一旦发现有岩壁松动、跑（漏）浆、注浆压力突然骤降等异常情况，应立即停止注浆，查明原因，采取措施后才准恢复注浆施工。

(7)作业场所必须备有一定量的清洁用水，如浆液不慎溅到皮肤或眼睛内，应立即用大量清水冲洗，严重者应立即就医，人体不得接触化学注浆材料。

(8)整个注浆系统高压端的联接件必须联接牢固，注浆时连接管路的扁销必须使用正规的扁销，不得使用铁丝代替。

地源热泵空调系统(也习惯称为地源热泵或地源热泵系统)是一种通过利用地下岩土层中存在的浅层地热能，为商业、公共和住宅建筑夏季制冷、冬季供暖的环保能源利用系统。它是一个总称，包括了土壤耦合热泵系统、地下埋管换热器地源热泵系统、地下水热泵系统、地表水热泵系统等[1]。该项研究针对的是地下水热泵系统进行的研究。地下水源热泵系统本身是一个复杂的系统，其能效比等级的预测属于神经网络非线性拟合应用的领域[2]。由于传统的建模方法很难有效地解决系统非线性这个特点而产生的问题，所以利用神经网络的非线性特点对现实生活中因非线性而造成的问题很好地进行模拟。

6 施工效果

利用CH-601 材料结合水泥对渗水区进行封堵后，其效果良好，堵水率达到95%以上，施工结束后渗水量降低到0.2 m3/h，顶板滴水不再成线，冬季不再出现结冰现象，消除了斜坡巷道打冰风险。同时解决了传统水泥注浆时水泥浆在微小裂隙中扩散不充分、堵水效果不好的问题，解决了水泥注浆施工时环境差，劳动量大等问题，同时也解决了提高巷道围岩的密闭性，取得良好的经济效益和社会效益。