CN109295943A - 一种废石渣场用注浆管及注浆使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种注浆管，包括钢管杆体及细径螺纹钢管；钢管杆体前端为椎体结构，椎体上设置有多个半球状凸起；细径螺纹钢管末端设置有球阀，球阀外包裹设置有封孔钢片。所述的椎体长250‑320mm，顶角为18‑25°，钢管杆体上等距离设置有3‑6mm厚的三角丝。钢管杆体上设置有溢流孔，包括横向溢流孔及纵向溢流孔；所述的横向溢流孔与纵向溢流孔的间距为280‑320mm；所述的横向溢流孔与纵向溢流孔的孔径为8‑15mm。本发明的技术方案通过往废石堆场内部注入水泥浆液将松散废石固结成一体，使堆场稳定性增强，同时可有效防止雨水下渗，堆场容重增加，结构破坏、受力变化，达到主动防治废石堆场塌方、滑坡、泥石流、水质空气污染等安全环保事故的发生。

Description

一种废石渣场用注浆管及注浆使用方法

技术领域

本发明涉及一种矿山建设过程中渣场废石的处理方法，同时提供了注浆管的装置。

背景技术

矿山建设过程中，巷道掘进生产的大量废石堆放在地面弃渣场。弃渣场经雨水或地表水的渗透冲洗，或堆场逐渐增高，极易造成边坡失稳，发生滑坡、泥石流等灾害性事件，并可能形成堰塞湖，影响周边居民生命财产安全，对公共设施设备造成极大损失，对水资源造成严重污染。同时，弃渣场在大风季节容易产生扬尘，造成空气污染。

本发明研究所在地江家墩矿目前矿井处于基建阶段，井下采掘工程产生的大量废石堆于地面弃渣场，弃渣场地处宜昌饮用水源黄柏河东支一级支流——肖家河附近，一旦发生堆场滑坡，可能会堵塞肖家河，对肖家河上游居民生命财产安全产生威胁，同时可能使肖家河水资源造成污染，因此研究一种安全可靠的渣场防滑技术十分必要。

国内矿山一般采用砌筑挡土墙支挡弃渣场，防止弃渣场出现滑坡，一般情况下是可靠的，但当出现连续暴雨天气或山洪爆发，雨水渗透累积使渣场容重增大，挡土墙容易产生垮塌，且挡土墙上部渣石在雨水、山洪的冲刷下亦容易产生滑坡，因而砌筑挡土墙在废石堆场防滑应用中不能从本质上解决安全环保问题。

发明内容

针对上述挡土墙在堆场防滑中存在的不足，本发明通过向废石堆场内部注水泥浆使其形成一个固结整体，防止渣场因雨水渗透和山洪冲刷引起堆场滑坡、水质空气污染等安全环保事件，有效解决了渣场废石因松散带来的一系列问题。该技术目前国内暂无成功案例可参考和借鉴。

根据上述技术问题，本发明结合松散体深孔注浆原理和施工实践经验，通过不断优化工艺流程，精确钻孔布置网度，不断研究调整深孔注浆的深度、孔径及注浆压力、水灰比等参数，制作了简便实用的注浆管，使散体废石堆场固结防滑技术成功应用于矿区废石堆场，解决了松散体废石堆场滑坡、泥石流及水质空气污染等安全环保隐患。具体方案如下：

一种注浆管，包括钢管杆体及螺纹钢管；钢管杆体前端为椎体结构，椎体上设置有多个半球状凸起；螺纹钢管末端设置有球阀，球阀外包裹设置有封孔钢片。

所述的椎体长250-320mm，顶角为18-25°，钢管杆体上等距离设置有3-6mm厚的三角丝。

所述的钢管杆体上设置有溢流孔，包括横向溢流孔及纵向溢流孔；所述的横向溢流孔与纵向溢流孔的间距为280-320mm；所述的横向溢流孔与纵向溢流孔的孔径为8-15mm。

使用所述的注浆管进行注浆的方法，包括如下步骤：

（1）堆场边坡浅孔注浆固结处理

对边坡进行自进式中空注浆锚杆与柔性钢编网联合护坡固结处理，浅孔注浆钻孔呈梅花形布置，浅孔钻孔方向与堆场边坡坡面垂直；

（2）测量定位

设计注浆孔布置图，在矿区废石堆场上平台钻孔，钻孔要求梅花桩形布置；

（3）钻孔施工

按照堆场钻孔现场标记位置，钻头垂直冲击成孔；

（4）注浆管按放及孔口封堵

将注浆管在旋转冲击下放到钻孔内，待注浆管下放到钻孔底部后，对孔壁与注浆管之间的间隙进行封堵，其上覆40-60cm的粘土分层夯实至孔口，安装完成后，在注浆管端部安装止浆球阀，并与注浆泵连接；

（5）拌浆与注浆

开动注浆泵进行注浆，注浆压力控制在1MPa内，根据单位吸浆量保持在35L/min-55L/min之间控制压力值，当在压力值范围内不再吸浆时，结束注浆。

所述的步骤（1）中浅孔注浆深度为1.5-2.5m，浅孔注浆钻孔呈梅花形布置，网度为5×5m。

所述的步骤（2）中钻孔网度为6×6m，注浆孔的孔位偏差控制在±100mm。

所述的步骤（3）中，打孔深度为12m，垂直误差＜2%。

本发明的关键技术如下：

1、堆场边坡采用自进式中空注浆锚杆与柔性钢编网联合支护技术，锚杆钻孔采用梅花型布置，网度为5×5m，孔深为2m，柔性网格为100mm×100mm；

2、堆场深孔注浆钻孔选用成孔钻头（直径为110mm）冲击式凿孔，孔深为12.5m，钻孔采用梅花形布置，网度为6×6m，布孔误差小于100mm，钻孔垂直偏斜度小于2%；

3、采用直径为108mm的自制注浆管，杆体焊接厚为5mm的三角丝，溢浆孔孔径为10mm，间距为300mm纵横交替布置。注浆管一端焊接封孔钢板和螺纹钢管，安装止浆球阀后作为浆液入口，另一端采用椎体设计，锥体长为300mm，顶角为20°。

4、中深孔注浆压力控制在1MPa以内，根据单位吸浆量保持在35L/min-55L/min之间控制压力值，水灰比为1:1，若吸浆速度较快，可加入3-4%减水剂。

本发明的技术方案将井下中深孔注浆技术应用到矿山地表废石堆场边坡防滑治理中，将散体废石注浆固结为整体，由传统的挡墙被动防护变为固结主动防护，提高堆场整体抗剪强度，消除了废石堆场滑坡、泥石流的可能性。

利用浅孔自进式中空注浆锚杆与柔性钢编网联合支护对松散体废石堆场边坡处理，通过锚杆将钢编网固定在边坡上，防止边坡碎石滑落和注浆过程中出现滑坡现象，为后期深孔注浆提供了恒压环境，防止边坡深孔注浆时因注浆管围压不均匀导致浆液往围压较弱的边坡侧溢浆，提高了注浆成功率和质量。

预计达到的经济和社会效益

经济效益：

砌筑挡土墙成本：

1、基础开挖：610m³×70元/m³=42700元

2、沙石料成本：1100m³×80元/m³ =88000元；

3、水泥成本：100吨×420元/吨=42000元；

4、人工成本：10人×150元/天·人×90天=135000元；

合计307700元。

注浆固结成本：

1、水泥成本：150吨×420元/吨=63000元；

2、其他材料成本：注浆管：53根×50元/根 =2650元；网片：1500m²×18元/m² =27000元；③锚杆：96根×23元/根=2208元；

3、人工成本：150元/天·人×60天×5人=45000元；

合计139853元。

对比可得：废石堆场注浆防滑处理较砌筑挡土墙可节约成本约16.8万元，经济效益较明显。

通过往废石堆场内部注入水泥浆液将松散废石固结成一体，使堆场稳定性增强，同时可有效防止雨水下渗，堆场容重增加，结构破坏、受力变化，达到主动防治废石堆场塌方、滑坡、泥石流、水质空气污染等安全环保事故的发生。

附图说明

图1为注浆管结构示意图，其中，1、球阀；2、球阀开关；3、钢管杆体；4、横向溢浆孔；5、三角丝；6、纵向溢浆孔；7、螺纹钢管；8、封孔片。

图2为边坡浅孔注浆固结平面示意图。

图3为边坡浅孔注浆固结剖面示意图。

图4为堆场中深孔注浆钻孔布置平面示意图。

图5为钻孔施工剖面示意图。

具体实施方式

根据江家墩矿废石堆场的形状尺寸、边坡坡度、松散层度等条件，结合松散体深孔注浆原理和施工实践经验，通过不断优化工艺流程，精确钻孔布置网度，不断研究调整深孔注浆的深度、孔径及注浆压力、水灰比等参数，制作了简便实用的注浆管，使散体废石堆场固结防滑技术成功应用于矿区废石堆场，解决了松散体废石堆场滑坡、泥石流及水质空气污染等安全环保隐患。

主要技术指标或经济指标

工艺流程简述

根据矿区废石堆场形状、坡度、高度、初始应力及废石岩性等，对散体废石堆场采用边坡浅孔注浆和渣场内部深孔注浆相结合注浆固结工艺，有效防止堆场滑坡、水质空气污染等安全环保事件发生，减小堆场占地面积，提高土地资源利用率。具体工艺流程如下：

1、堆场边坡浅孔注浆固结处理

废石堆场高平均为15m，边坡上边沿与下边沿的平均水平距离为20.6m，边坡斜长为25.5m，边坡的平均坡角为36°。为保证深孔注浆效果，首先对边坡进行自进式中空注浆锚杆与柔性钢编网联合护坡固结处理，浅孔注浆深为2m，浅孔注浆钻孔呈梅花形布置，网度为5×5m，钻孔方向与堆场边坡坡面垂直。具体浅孔注浆钻孔布置如图2、3所示。

2、测量定位

根据堆场地形状况及参数设计注浆孔布置图，并利用全站仪测定施工范围，通过皮尺测量后按梅花桩形用红油漆在钻孔位置标记钻孔位置。矿区废石堆场上平台长65m，宽32m，钻孔要求梅花桩形布置，钻孔网度为6×6m，注浆孔的孔位偏差控制在±100mm，施工钻孔位置见图4所示。

3、钻孔施工

按照堆场钻孔现场标记位置，用直径为110mm的钻头垂直冲击成孔，打孔深度为12m，垂直误差＜2%，施工顺序如图5中所示。

4、注浆管按放及孔口封堵

将长12.5m，直径为108mm的钢管焊接三角丝后旋转冲击下放到钻孔内，待注浆管下放到钻孔底部后，利用编织袋或其他材料对孔壁与注浆管之间的间隙进行封堵，其上用40-60cm的粘土分层夯实至孔口。安装完成后，在注浆管端部安装止浆球阀，并与注浆泵连接。如图1所示。

5. 拌浆与注浆

先往搅拌浆筒内注入定量的水并开动搅浆机后，再逐渐加入P.O 42.5的水泥直到预定的用量，水灰比为1:1，若吸浆速度较快，可加入3-4%减水剂（质量分数为70%的氨基磺酸盐、质量分数为3%的丙烯酸乙基氯化铵、质量分数为2%的甲基丙烯酸与质量分数为6%巯基乙醇，质量分数为19%水在80℃下混合搅拌1-2后反应的物质，其中巯基乙醇可替换为次磷酸钠）。搅拌 3min～5min 后将浆液通过过滤网流到储浆筒内待注。将注浆泵与注浆管连接，并开动注浆泵进行注浆，注浆压力控制在1MPa内，根据单位吸浆量保持在35L/min-55L/min之间控制压力值，当在压力值范围内不再吸浆时，结束注浆。

本发明主要以注浆固结原理为基础，结合矿区弃渣场场的相关参数，首先对边坡进行浅孔注浆固结处理，防止在深孔注浆中大量浆液往边坡侧（废石较松散）渗透引起边坡垮塌和浆液分布不均。待边坡浅孔注浆结束后对渣场进行深孔注浆，使浆液在废石体中渗透、充填，将松散废石相互胶结固化成整体并形成一定强度, 从而实现废石堆场注浆防滑目的。

本发明的总体技术方案具有如下特点

1、注浆固结强度大，堆场稳定性增强。

松散体废石堆场经过浅孔注浆及深孔注浆固结后，水泥浆在松散废石内部渗透，并充填废石间的孔隙，使浆液与废石体固结成一个整体，增强堆场稳定性，同时可防止雨水下渗至堆场内，使堆场容重增加，破坏堆场内部结构，导致堆场失稳。

2、边坡稳定性较强，防滑效果较好。

由于在边坡浅孔注浆处理中，本发明利用浅孔自进式中空注浆锚杆与柔性钢编网联合支护处理，通过锚杆将钢编网固定在边坡上，并利用中空注浆锚杆向边坡注浆，让边坡固结成整体，提高边坡稳定性。同时，边坡固结处理后，为后期堆场深孔注浆提供了恒压环境，防止边坡深孔注浆时因注浆管围压不均匀导致浆液往围压较弱的边坡侧溢浆，提高了堆场注浆成功率和质量。

3、注浆管制作简便实用

注浆管采用常用钢管自制，一端焊接螺纹钢管及封孔片，实现小径口注浆，降低了注浆压力。另一端锥体设计，解决了钻孔结束后，孔壁坍塌导致注浆管无法下放到孔底难题。杆体采用三角丝焊接，减小了注浆管与孔壁间的摩擦力，将下放注浆管所需的径向冲击力转变成横向扭矩，大幅度减小了下放注浆管的难度，提高了施工效率。

Claims (10)

1.一种废石渣场用注浆管，其特征在于，包括钢管杆体（3）及螺纹钢管（7）；钢管杆体（3）及螺纹钢管（7）均为中空结构且两者相通，钢管杆体（3）前端为椎体结构，椎体上设置有多个半球状凸起；螺纹钢管（7）末端设置有球阀（1），球阀（1）外包裹设置有封孔片（8）。

2.权利要求1所述的废石渣场用注浆管，其特征在于，钢管杆体（3）上等距离设置有3-6mm厚的三角丝（5）。

3.权利要求1或2所述的废石渣场用注浆管，其特征在于，钢管杆体（3）上设置有溢流孔，所述的溢流孔包括横向溢流孔（4）及纵向溢流孔（6）；横向溢流孔（4）及纵向溢流孔（6）与钢管杆体（3）连通。

4.权利要求3所述的废石渣场用注浆管，其特征在于，所述的横向溢流孔（4）与纵向溢流孔（4）的间距为280-320mm；所述的横向溢流孔（4）与纵向溢流孔（4）的孔径为8-15mm。

5.权利要求1所述的废石渣场用注浆管，其特征在于，钢管杆体（3）椎体长250-320mm，顶角为18-25°，钢管杆体（3）上等距离设置有3-6mm厚的三角丝（5）。

6.一种使用权利要求1-5任一项所述的废石渣场用注浆管进行注浆的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）堆场边坡浅孔注浆固结处理

对边坡进行自进式中空注浆锚杆与柔性钢编网联合护坡固结处理，浅孔注浆钻孔呈梅花形布置，浅孔钻孔方向与堆场边坡坡面垂直；

（2）测量定位

设计注浆孔布置图，在矿区废石堆场上平台钻孔，钻孔要求梅花桩形布置；

（3）钻孔施工

按照堆场钻孔现场标记位置，钻头垂直冲击成孔；

（4）注浆管按放及孔口封堵

将注浆管在旋转冲击下放到钻孔内，待注浆管下放到钻孔底部后，对孔壁与注浆管之间的间隙进行封堵，其上覆粘土分层夯实至孔口，安装完成后，在注浆管端部安装止浆球阀，并与注浆泵连接；

（5）拌浆与注浆

开动注浆泵进行注浆，注浆压力控制在1MPa以内，根据单位吸浆量保持在35L/min-55L/min之间控制压力值，当在压力值范围内不再吸浆时，结束注浆。

7.使用权利要求6所述的废石渣场用注浆管进行注浆的方法，其特征在于，步骤（1）中浅孔注浆深度为1.5-2.5m，浅孔注浆钻孔呈梅花形布置，网度为5×5m。

8.使用权利要求6所述的废石渣场用注浆管进行注浆的方法，其特征在于，步骤（2）中钻孔网度为6×6m，注浆孔的孔位偏差控制在±100mm。

9.使用权利要求6所述的废石渣场用注浆管进行注浆的方法，其特征在于，步骤（3）中，打孔深度为12m，垂直误差＜2%。

10.使用权利要求6所述的废石渣场用注浆管进行注浆的方法，其特征在于，步骤（4）中覆粘土厚度为40-60cm。