CN109322699B - 一种矿井下污染隔离封堵技术 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种矿井下污染隔离封堵技术，矿区地下空间污染物隔离技术，特别是巷道和采空区人为倾倒污染物场地的隔离治理技术领域。对井下巷道和采空区污染物治理，首先需要对污染物进行隔离。巷道和采空区地下空间大，容易出现巨量水泥浆液流失，难以形成注浆接顶，难以达到封堵效果，浆液和污染物混合还会造成污染治理难度大、成本高的弊端。本发明提出一种新型巷道和采空区注浆技术，施工工艺为：施工普通注浆孔(兼巷道采空区勘查孔)→施工采空区或者巷道注浆孔→下入花管、投入石料→注浆。相对于传统注浆技术具有使用水泥浆液、骨料少优点，还具有注浆影响半径小，可接顶，防渗性强等优势。
Description
技术领域
本发明属于煤矿巷道和采空区人为倾倒污染物场地的隔离治理技术领域，特别涉及矿区 地下空间污染物隔离技术。
背景技术
目前，人为向矿井(11)的巷道(12)及采空区(13)内倾倒化工废料的情况时有发生。 造成地下空间污染，污染物(14)随着地下水运移，影响地下水水质，危及附近居民生命及 健康安全。对井下巷道(12)和采空区(13)污染物治理，首先需要对污染物(14)进行施工防渗帷幕(15)隔离。巷道(12)和采空区(13)地下空间大，容易出现巨量水泥浆液流 失，造成接顶(26)困难，难以达到封堵效果，水泥浆液和污染物(14)混合还会造成污染 治理难度大、成本高的弊端。
与一般矿井自然污染物处理相比，人工倾倒废料处理时，需要避免注浆影响半径过大、保 证接顶严密，防渗性强。
发明内容
为了克服上述不足，本发明提供一种矿井下污染隔离封堵技术。相对于传统注浆技术具 有使用水泥浆液、骨料少优点，还具有注浆影响半径小(3～5m)，可接顶，防渗性强等优势。 不仅大大减少石料和水泥消耗，而且提高施工效率，降低施工成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种矿井下、巷道和采空区内存在有污染物的隔离封堵方法，包括：
在污染物周围施工隔离帷幕；
对采空区采取正三角形布孔原则，布设钻孔两排孔，分别为Ⅰ区和Ⅱ区；
对巷道采取三孔布孔原则，即沿巷道布设三个钻孔，分别为A、B和C孔；
下入注浆花管至采空区或者巷道底板；
石料在注浆花管下入孔底后沿钻孔投入，所需石料粒径要求1-5cm；
石料顶端没过花管顶端0.5～0.8m开始缓慢注入水泥浆，注浆过程中不断添加石料，持续 注浆一段时间后根据需要改用双液注浆；注浆过程缓慢上拔注浆管；
注浆接顶后，注浆过程结束；
接顶判断依据为石料不消耗或者水泥浆难自流下渗。
本申请中采用正三角形布孔原则，尽可能地减少无效作用面积，同时又保证每一个点都 在浆液扩散范围之内，取得最优搭接以获得最佳的加固效率。
在一些实施例中，帷幕注浆时按照孔距3-6米布置
注浆孔，水灰比0.4-0.6。
在一些实施例中，所述采空区孔距为4米。
在一些实施例中，所述采空区的注浆方法为：先进行Ⅰ区注浆孔注浆，待Ⅰ区注浆接顶 后，然后进行Ⅱ区注浆孔注浆。
在一些实施例中，所述注浆过程中要求使用双液注浆，水玻璃和水泥浆在孔底混合，水 玻璃采用间歇注入方式，以避免水泥浆过快凝固。
在一些实施例中，采空区厚度较大时，分多阶段重复进行注浆，待注浆第一阶段完成后， 拔出注浆管，待水泥浆初凝后，下入
钻具钻凝固体50cm，下入注浆管、投入石料继 续进行注浆，直到充分接顶。
在一些实施例中，存在多层采空区时，先注入上层采空区，使用
钻具继续下探 至深层采空区，扩孔至
继续重复所述以上步骤注浆；采空区(13)注浆完成后， 采取传统压力注浆方式，使用水灰比0.4-0.6水泥浆继续注入，水泥充分进入采空区上部地层 (28)裂隙后，一同形成防渗帷幕，隔离污染物，防止继续扩散运移。
对于矿井下化工废料的封堵，由于巷道过高(一般高度达2m以上)，石料不容易结顶， 且存在有毒气体生成的问题，因此，若开孔过少、孔距过大，石料不容易结顶，难以封堵有 毒气体扩散，若增加开孔数量，缩小孔距，又会由于巷道狭窄(宽度一般不超过2m)，开孔位置难以精确控制，导致浆液扩散范围相互重叠、无效作用面积增大，封堵效率较低，难以满足实际的工况需求。为此，本申请在深入分析该工况特点的基础上，系统研究了不同布孔方式对巷道接顶效果和密封性的影响，经过大规模实验摸索发现：采用三孔布孔原则(孔距为2.8～3.2m)，首先，通过A和C孔注浆对巷道进行初步封堵，再在A和C孔注浆的基础上 进行B孔注浆，可使巷道完全接顶，防渗漏性强。
在实际的施工过程中，由于巷道狭窄(宽度一般不超过2m)，因此，开孔位置往往难以 精确控制，为此，本申请研究表明：若要保证巷道接顶效果和密封性能够满足强酸强碱废液 的隔离要求，至少需要保证B孔位于A和C孔之间，且B孔和A、C孔分别位于巷道中心线的两侧。
在一些实施例中，为了提高巷道接顶完全性和高防渗性，本申请采用巷道区的注浆方法 为：巷道注浆要求先进行A和C孔注浆，采用双液注浆方式，待A和C孔注浆接顶后，进行B孔注浆，所述B孔采用单液注浆，不断添加石料，充分接顶后停止注浆。上述方法的优 势在于：首先利用双液注浆，固化速度快的优点，在A和C孔注浆做墙，形成初步封堵，并 有效控制注浆影响半径小(3～5m)；然后，再通过后续的B孔单液注浆对之前形成的注浆体 间隙进行有效封堵，从而保证接顶完全和具有较高防渗性。
在一些实施例中，所述B孔采用单液注浆，不断添加石料，充分接顶后停止注浆。
本发明的有益效果
(1)本发明施工防渗帷幕充分接顶，封堵密实，封堵质量高，对采空区和巷道中污染物 运移可以达到有效隔离；相对于传统采空区和巷道注浆工艺，不仅大大减少石料和水泥消耗， 而且提高施工效率，降低施工成本。
(2)本发明制备方法简单、封堵效率高、实用性强，易于推广。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实 施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1注浆防渗帷幕封堵示意图；
图2注浆工艺示意图；
图3采空区注浆孔水平布设示意图；
图4巷道注浆孔水平布设示意图。
11-污染物倾倒主井；12-巷道；13-采空区；14-污染物运移影响范围；15-封堵防渗帷幕。
21-注浆管；22-护壁套管；23注浆花管；24-扩散浆液；25-回填石料；26-采空区或巷道顶 板；27-采空区或巷道底板；28上覆地层。
31-注浆孔；32-注浆扩散半径。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指 明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的 相同含义。
本发明要点主要针对采空区和巷道部分封堵。包括以下步骤：
1、施工普通注浆孔(兼巷道采空区勘查孔)：本发明主要是在污染物(14)周围施工隔 离帷幕(15)，首先按照孔距3-6米布置
注浆孔，若未遇到采空区(13)或者巷道(12)， 采用常规压力注浆方式进行施工封堵防渗帷幕，水灰比0.4-0.6。
2、施工采空区(13)或者巷道(12)注浆孔(31)：施工普通注浆孔遇到采空区(13)或者巷道(12)，加密布置钻孔，然后扩孔至
表层松散地层使用套管护壁(22)。 针对采空区和巷道分别采用以下方式布孔：
(1)采空区(13)：采取正三角形布孔原则，布设钻孔两排孔，分别为Ⅰ区和Ⅱ区。孔距2-5米，如遇到采空区(13)厚度较大，可适当加大孔距，增加至3-4排注浆孔(31)。
(2)巷道(12)：巷道注浆采取三孔布孔原则，即沿巷道布设三个钻孔，分别为A、B和C孔，孔距不超过3米。
3、下入花管(23)、投入石料(25)：下入注浆花管至采空区或者巷道底板(27)，需要双液注浆下入双管，可以使水玻璃或者其他速凝剂和水泥浆在孔底混合，注浆花管长度50-100cm；石料在注浆管下入孔底后沿钻孔投入，所需石料(25)粒径要求1-5cm，原则上 要求不会积量卡在孔壁。
4、注浆：根据石料休止角估计填石料量和堆积高度，石料顶端没过花管(23)顶端0.5m 开始缓慢注入高粘度水泥浆，水泥浆通过添加掺和剂提高粘度，注浆过程中不断添加石料， 持续注浆一段时间后根据需要改用双液注浆。要求注浆过程缓慢上拔注浆管(21)。注浆过程 结束标准为注浆接顶(26)，接顶判断依据为石料不消耗或者水泥浆难自流下渗。针对采空区 和巷道分别采用以下方式注浆：
(1)采空区(13)：采空区注浆孔布置两排。先进行Ⅰ区注浆孔注浆，待Ⅰ区注浆接顶后，然后进行Ⅱ区注浆孔注浆。注浆过程中要求使用双液注浆，水玻璃和水泥浆(24)在孔底混合，水玻璃采用间歇注入方式。若采空区(13)厚度较大，一次注浆无法做到接顶(26)，可分多阶段重复进行，待注浆第一阶段完成后，拔出注浆管(21)，待水泥浆初凝后，下入
钻具钻凝固体50cm，下入注浆管、投入石料(25)继续进行注浆，直到充分接顶。 若有多层采空区，要求先注入上层采空区，使用
钻具继续下探至深层采空区，扩孔至
继续重复所述以上步骤注浆。采空区(13)注浆完成后，采取传统压力注浆方式，使用水灰比0.4-0.6水泥浆继续注入，水泥充分进入采空区上部地层(28)裂隙后，一同形成防渗帷幕，隔离污染物，防止继续扩散运移。
(2)巷道(12)：巷道(12)注浆要求先进行A和C孔注浆，采用双液注浆方式，待A 和C孔注浆接顶(26)后，进行B孔注浆。B孔采用单液注浆，不断添加石料(25)，充分接 顶后停止注浆。
实施例1
某采空区场地污染修复项目，项目废弃煤井井深77米，关闭后用煤矸石回填。污染情况： 人为倾倒危险废物(强酸强碱废液)。由于孔内产生化学反应生成有毒气体。处置方式：对现 场发现的桶装废弃物进行了应急处置，并事故废弃煤井周边100m范围进行了帷幕注浆阻隔 施工，从而切断污染源对周边土壤及地下水的污染途径。
施工帷幕注浆需要穿过煤矿采空区和巷道，按照以下步骤进行施工：
1、施工普通注浆孔(兼巷道采空区勘查孔)：在污染物周围施工隔离帷幕，首先按照孔距 6米布置
注浆孔，若未遇到采空区或者巷道，采用常规压力注浆方式进行施工封堵 防渗帷幕，水灰比0.5。
2、施工采空区或者巷道注浆孔：煤矿提供的资料表征采空区和巷道位置，加密布置钻孔， 施工普通注浆孔遇到采空区或者巷道扩孔至
表层松散地层使用套管护壁。针对采 空区和巷道分别采用以下方式布孔：
(1)采空区：采取正三角形布孔原则，布设钻孔两排孔，孔距4米。
(2)巷道：巷道注浆采取三孔布孔原则，即沿巷道布设三个钻孔，孔距3米。
3、下入花管、投入石料：下入注浆花管至采空区或者巷道底板，需要双液注浆下入双管， 可以使水玻璃或者其他速凝剂和水泥浆在孔底混合，注浆花管长度50cm；石料在注浆管下入 孔底后沿钻孔投入，所需石料粒径要求1-5cm，原则上要求不会积量卡在孔壁。
4、注浆：根据石料休止角估计填石料量和堆积高度，石料顶端没过花管顶端0.5m开始 缓慢注入高粘度水泥浆，水泥浆通过添加掺和剂提高粘度，注浆过程中不断添加石料，持续 注浆一段时间后根据需要改用双液注浆。要求注浆过程缓慢上拔注浆管。注浆过程结束标准 为注浆接顶，接顶判断依据为石料不消耗或者水泥浆难自流下渗。针对采空区和巷道分别采 用以下方式注浆：
(1)采空区：采空区注浆孔布置两排。先进行外侧注浆孔注浆，待浆接顶后，然后进行 内侧注浆孔注浆。注浆过程中要求使用双液注浆，水玻璃和水泥浆在孔底混合，水玻璃采用 间歇注入方式。采空区注浆完成后，采取传统压力注浆方式，使用水灰比0.5水泥浆继续注入， 水泥充分进入采空区上部地层裂隙后，一同形成防渗帷幕，隔离污染物，防止继续扩散运移。
(2)巷道：巷道注浆先进行内侧和外侧注浆孔施工(A和C孔)，采用双液注浆方式，待A和C孔注浆接顶后，进行中间孔(B孔)注浆，B孔采用单液注浆，不断添加石料，充 分接顶后停止注浆。
发生污染事故后，通过污染取样检测，共检出有机污染物82种，特别是二氯甲烷、二氯 乙烷各取样点均有检出且浓度较高。帷幕施工后再次取样验证，帷幕内二氯甲烷检出浓度仍 然较高，最大值为201000μg/m3；帷幕外检出污染物种类、检出率和浓度均显著低于帷幕内(该 检测点位于：帷幕外、水流下游50m处)，其中二氯甲烷浓度低至40μg/m3。从污染物分布来 看，帷幕内检出总二氯甲烷、二氯乙烷浓度水平较高。从点位位置来看，高浓度污染分布在 事故井连接主巷道、事故井东北向破碎带内，表明污染物沿巷道扩散是主要的迁移途径。帷 幕注浆范围外的地下水监测井内巷道气体，其他点位检出的污染物种类和浓度水平均不高， 表明帷幕注浆对污染物的截留作用较明显。
实施例2
污染情况：人为向矿井(11)的巷道(12)及采空区(13)内倾倒化工废料，处理方式：采用了实施例1的方法进行封堵，实践结果表明：上述注浆方法形成的“水泥土岩防渗墙系统”有效地切断污染源对周边土壤及地下水的污染途径。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员 来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种矿井下、巷道和采空区内存在有污染物的隔离封堵方法，其特征在于，包括：
在污染物周围施工隔离帷幕；
对采空区采取正三角形布孔原则，布设钻孔两排孔，分别为Ⅰ区和Ⅱ区；
所述采空区的注浆方法为：先进行Ⅰ区注浆孔注浆，待Ⅰ区注浆接顶后，然后进行Ⅱ区注浆孔注浆；注浆过程中要求使用双液注浆，水玻璃和水泥浆在孔底混合，水玻璃采用间歇注入方式；所述采空区孔距为4米；
对巷道采取三孔布孔原则，即沿巷道布设三个钻孔，分别为A、B和C孔；巷道注浆先进行A和C孔注浆，采用双液注浆方式，待A和C孔注浆接顶后，再进行B孔注浆；所述B孔采用单液注浆，不断添加石料，充分接顶后停止注浆；所述B孔位于A和C孔之间，B孔和A、C孔分别位于巷道中心线的两侧；所述巷道孔距为2.8~3.2m；
下入注浆花管至采空区或者巷道底板；
石料在注浆花管下入孔底后沿钻孔投入，所需石料粒径要求1-5cm；
石料顶端没过注浆花管顶端0.5~0.8m开始缓慢注入水泥浆，注浆过程中不断添加石料，持续注浆一段时间后根据需要改用双液注浆；注浆过程缓慢上拔注浆管；
注浆接顶后，注浆过程结束；
接顶判断依据为石料不消耗或者水泥浆难自流下渗。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，帷幕注浆时按照孔距3-6米布置φ108mm注浆孔，水灰比0.4-0.6。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采空区厚度较大时，分多阶段重复进行注浆，待注浆第一阶段完成后，拔出注浆管，待水泥浆初凝后，下入φ108mm钻具钻凝固体50cm，下入注浆管、投入石料继续进行注浆，直到充分接顶。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，存在多层采空区时，先注入上层采空区，使用φ108mm钻具继续下探至深层采空区，扩孔至φ273mm，继续重复所述一种矿井下、巷道和采空区内存在有污染物的隔离封堵方法注浆；采空区注浆完成后，采取传统压力注浆方式，使用水灰比0.4-0.6水泥浆继续注入，水泥充分进入采空区上部地层裂隙后，一同形成防渗帷幕，隔离污染物，防止继续扩散运移。
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