¿Perforar y enlechar el suelo para sellar el túnel de conducción de agua?
El siguiente es el contenido relevante que Zhongda Consulting le ofrece sobre perforación en tierra e inyección de lechada para sellar túneles conductores de agua para su referencia.
Después de que se construyó el túnel de ventilación central de la mina de carbón de Wudong en la ciudad de Huaibei, provincia de Anhui, el soporte colapsó debido al colapso del techo y la deformación del túnel, y la cantidad de agua conducida a través de las grietas aumentó, provocando El pozo de colapso tiene 2 m de diámetro y 6 m de diámetro y tiene tendencia a expandirse gradualmente, lo que obliga a inundar el pozo. Se utilizó perforación en el suelo para rellenar agregados y lechada, y se construyeron tres orificios de perforación. Se tardó un mes en sellar el túnel de ventilación, con una tasa de bloqueo de agua del 100%, y la producción de la mina se reanudó sin problemas.
1. Situación básica
La capa aluvial cuaternaria en la mina Wudong tiene 35 m de espesor y está compuesta principalmente de arena, arcilla arenosa y una capa de arcilla con malas propiedades de barrera contra el agua en el fondo. El lecho de roca erosionado tiene una profundidad vertical de 55 m y está compuesto principalmente de arenisca y lutita con litología suave. Durante la construcción del pozo, se reveló que el volumen de entrada de agua mezclada de las capas de aluvión y roca erosionada era de 330 m3/h.
La mina tiene dos pozos, un pozo de elevación y un pozo de aire, con profundidades de 90 my 47 m respectivamente, la profundidad vertical del primer túnel de transporte horizontal es de 90 m, la calzada del medio es una calzada inclinada de 45 °, de 66 m de largo, conectada con el primer carril de transporte, y se excava otro carril de conexión cuesta abajo en un. Fondo de 65m para conectar con la vía de transporte. Durante el proceso de excavación, parte del carbón se extrajo en este túnel de ventilación, y se produjeron fugas de carbón y hundimientos, que afectaron la zona de la fisura hacia arriba. Las fisuras se comunicaron y se introdujo agua en la capa superior del túnel (entrada de agua 250 m3/h). ), y el lodo y la arena de la capa superior del suelo fueron introducidos en el túnel, lo que provocó que el suelo se hundiera, formando un pozo de colapso de 2 m de profundidad y 6 m de diámetro, que se expandió gradualmente y aumentó la cantidad de agua entrante. El tanque de agua subterráneo estaba obstruido y no podía funcionar normalmente, lo que obligó a que el pozo se inundara.
2.Plan de control hídrico
La zona erosionada del lecho rocoso tiene 20m de espesor y es muy rica en agua. La sección superior del túnel de ventilación se encuentra en roca débilmente erosionada. La roca está suelta y se desarrollan grietas. Además, la capa superior de agua se introduce en el túnel, provocando que el macizo rocoso se destruya y pierda la estabilidad en el interior. la zona de erosión de la capa superior del suelo y el lecho de roca quedará arrastrada con barro y arena, y una gran cantidad de barro y arena fluirá hacia el túnel y se sedimentará. El agua traerá barro y arena. Al limpiar la masa de roca suelta, el camino es corto. , el caudal es rápido y el túnel tiene las condiciones para aliviar la presión y almacenar arena. Es probable que expanda el canal de agua y aumente la cantidad de entrada de agua hasta que se drene el almacenamiento de agua en los estratos superiores, pero esta condición es. no se cumple, sólo se pueden tomar medidas para bloquear la entrada de agua en la calzada.
Teniendo en cuenta la gran cantidad de agua que entra en el túnel, la roca circundante en la sección superior es inestable, parte del techo ya se ha derrumbado y los soportes se han derrumbado. Si se utiliza un sellado parcial, el efecto. No se eliminará la acumulación de agua en la parte superior del túnel, lo que seguirá amenazando la seguridad de la mina. Por ello, se decidió bloquear todos los túneles de ventilación que conducen el agua. En la actualidad, la lechada se utiliza a menudo para consolidación y sellado, lo que es más económico, razonable, seguro y confiable. Por lo tanto, se pueden adoptar dos opciones de construcción: lechada de la superficie de trabajo subterránea o perforación y lechada en el suelo.
Opción 1, concretamente el relleno del frente de trabajo subterráneo. Es necesario construir un muro de cierre de lechada en el extremo inferior del túnel de ventilación y en el extremo superior del túnel de contacto para sellar la entrada de agua en el túnel de ventilación, y luego verter lechada de cemento o mortero de cemento de abajo hacia arriba a través del muro pantalla para llenar el túnel de ventilación. Esta solución tiene una tecnología simple y una construcción conveniente; sin embargo, los túneles de ventilación son todos túneles de roca de carbón y el techo y el piso están hechos de roca suelta. Cuando se construye un muro de retención de lechada en un túnel con roca circundante suelta, es difícil sellar la entrada de agua en el túnel, existe el riesgo de inundación del pozo y no se puede realizar la inyección a presión.
La opción 2 es perforar agujeros desde el suelo a través del túnel y luego llenarlo con agregado y lechada para su consolidación. Es necesario construir un muro de contención de lodo en el extremo inferior del túnel de ventilación y en el extremo superior del túnel de contacto para evitar que el lodo inyectado fluya hacia el túnel de transporte en condiciones de agua estancada después de que se inunda el pozo. Esta solución es segura de construir, vierte agregados de grava en el túnel, ahorra cemento y es de calidad confiable; sin embargo, aumenta la cantidad de trabajo de perforación, lo que hace que la construcción sea difícil y exigente;
Considerando la seguridad y calidad de la construcción, decidimos elegir la opción 2.
3. Diseño de construcción de lechada
La lechada se utiliza para sellar la sección de salida del túnel de ventilación primero bloquee ambos extremos y luego presurice la sección de salida para garantizar un relleno denso de lechada. túnel, y también puede sellar el paso del agua en las grietas de la roca en el techo y el piso del túnel.
El diseño constructivo de lechada incluye los siguientes contenidos:
(1) Número de orificios de lechada. Se disponen tres orificios de inyección a lo largo de la línea central del túnel, dispuestos de abajo hacia arriba, con una separación entre orificios de 14 m y 12 m respectivamente.
(2) Profundidad de los orificios de inyección. El hoyo No. 1 es de 79 m, el hoyo No. 2 es de 65 m y el hoyo No. 3 es de 53 m.
(3) Cantidad de agregado que se llena en el túnel. La sección transversal del túnel de ventilación es trapezoidal y su área S = (1,62,5) × 1,6 ÷ 2 = 3,3 m2. El túnel inclinado debajo del orificio 3 se llena con agregado de longitud L = 58 m. =SL=3,3×58= 191,4m3.
(4) Parámetros de rejuntado.
①Presión de inyección: La presión de inyección se puede aumentar solo después de que el túnel esté lleno de agregado. La presión final de los orificios de lechada en ambos extremos debe ser mayor que 1 vez la presión hidrostática; la lechada inyectada en el orificio de lechada del medio debe presionarse en la grieta para bloquear el paso del agua, y la presión de lechada correspondiente debe ser alta. 2 a 2,5 veces la presión hidrostática.
②Volumen de lechada: la lechada que llena los huecos de grava, los espacios de colapso y las grietas en la roca circundante del túnel inevitablemente fluirá hacia los estratos sueltos superiores porque está cerca de la capa superior del suelo en la zona erosionada.
El volumen de inyección de pulpa estimado es:
Q=A (nSL0.5mLHd)/βS (66-L)
En la fórmula: A es el coeficiente de consumo de difusión de pulpa, que es 1.5; S es el área de la sección transversal del túnel, S=3.3m2; L es la longitud del túnel lleno, L=58m; H es la altura promedio afectada por el derrumbe, H=4m; el borde inferior afectado por el derrumbe, d = 1,6 m; n es la tasa de vacíos de grava, n = 40 % m es la porosidad de la zona suelta afectada por el derrumbe, m = 20 % es la tasa de lechada de piedra, β = 85%, se concluye que la cantidad de lodo a inyectar es de unos 227m3, lo que equivale a 193t de cemento.
Construcción de lechada
Proyecto del centro. línea del túnel de ventilación al suelo y determine la ubicación de la salida de agua principal. Después de volver a medir, la posición del orificio de perforación se determinará cuando el error no exceda los 10 cm, respectivamente.
4.1 Perforación del orificio de inyección
(1) Estructura de perforación. Utilice una broca de φ168 mm para abrir un agujero, taladre 3 m en el lecho de roca completo, coloque un revestimiento de φ146 mm y consolide toda la tubería con lechada de cemento 0,75:1. La parte inferior tiene una abertura de φ108 mm para relleno de agregado y lechada.
(2) Requisitos de los orificios de lechada. De acuerdo con las especificaciones de perforación de ingeniería, la tasa de deflexión de la perforación es inferior al 8‰, pero la profundidad del pozo no excede los 100 m y la distancia de la pendiente no excede los 0,8 m. La operación normal puede lograr el propósito de penetración del túnel.
(3) Conjunto de herramienta de perforación. Utilice un tubo central de φ108 mm para conectar una broca de perforación cilíndrica, un tubo de perforación ponderado de φ73 mm y 8 m de largo y utilice un tubo de perforación de φ50 mm para introducir la perforadora en la sección del orificio de lechada.
4.2 Relleno de árido
Elegir grava limpia como árido, con un tamaño de partícula no superior a 15 mm y una porosidad del 40 %. Antes de añadir escoria, bajar la tubería de perforación de φ50 mm hasta el fondo del mismo. , determine la profundidad del fondo del pozo y comience a bombear agua limpia para eliminar el lodo, la arena y otros materiales acumulados en el fondo del pozo. Se instala un conducto en la entrada del pozo, y la grava se introduce manualmente en el conducto y se usa agua limpia para lavar la grava del conducto hacia el pozo. La relación agua-escoria se mantiene en 10:1. a 4:1, permitiendo un llenado normal durante mucho tiempo. Cuando el agregado esté bloqueado, haga girar la plataforma de perforación o mueva la tubería de perforación hacia arriba y hacia abajo. Al mismo tiempo, conecte un tubo corto ligeramente curvado al fondo de la tubería de perforación. Al girar, la grava se esparcirá. Cuando la altura del relleno de grava exceda los 0,5 m desde la parte superior del túnel, se detendrá el relleno de escoria y se iniciará la inyección.
4.3 Operación de inyección
(1) Secuencia de inyección. Primero aplique la lechada No. 1 y No. 3, selle ambos extremos del túnel de ventilación y mantenga el túnel de salida de agua en un estado cerrado para facilitar la lechada de extrusión del orificio No. 2 construido más tarde en el medio para mejorar la compacidad del consolidado. cuerpo.
(2) Construcción de lechada. Primero baje el tubo de perforación en el agujero, insértelo en la grava del túnel y cerca de la placa inferior. Instale un dispositivo de sellado de orificios para que el sello entre la carcasa y la tubería de perforación pueda soportar la presión de la lechada. Conecte el dispositivo de orificio y la tubería de lodo, y use una bomba para bombear la lechada concentrada mezclada al fondo del túnel (debido a que la lechada de cemento tiene una gran proporción y buena permeabilidad, el agua en los espacios entre la grava se puede reemplazar, para que el nivel de la lechada aumente gradualmente), luego levante la tubería de perforación y cuando el extremo inferior de la tubería de perforación esté a 0,5 m de la parte superior del túnel, inyecte lechada de cemento 1:1. Cuando el túnel está abierto y el paso de lechada está abierto, se utiliza inyección cuantitativa y luego los orificios se escanean y reinyectan varias veces hasta que el paso de lechada se bloquea y la presión de inyección aumenta. La presión en el orificio No. 1 alcanza 1 MPa. y la presión en el pozo No. 3 alcanza los 0.7MPa (son mayores que 1 vez la presión hidrostática), alcanzando el estándar de finalización de lechada. El pozo No. 2 construido posteriormente es el foco de la inyección. No solo llena firmemente los espacios dejados por la grava en el túnel, sino que también sella el paso del agua de la roca circundante. El pozo de perforación se extiende hasta 3 m por debajo del piso del túnel. , y el tubo de lechada se utiliza para inyectar el piso del túnel respectivamente, la parte media y el techo fueron inyectados repetidamente y la concentración de lechada se hizo cada vez más fina. Finalmente, se inyectó una lechada con una proporción de agua-cemento de 1,5:1. hasta que la presión alcanzó 1,5 MPa.
La construcción de lechada duró un mes. Hay 183 m3 de agregado y 225 t de cemento. Después del drenaje, los demás túneles están básicamente intactos. La tasa de bloqueo de agua del túnel de ventilación alcanza 100. %, y la producción se ha reanudado sin problemas.
5. Conclusión
(1) La sección superior del túnel de ventilación de la mina Wudong se encuentra en formaciones rocosas débilmente erosionadas con litología suelta, cerca del acuífero cuaternario, gran volumen de agua, e inestable La protección de la capa impermeable amenaza la seguridad de la mina. Es factible adoptar túneles de ventilación que bloqueen el agua para garantizar la producción segura de la mina.
(2) El plan de construcción de lechada de suelo de tres orificios se adopta para proporcionar condiciones de construcción seguras y convenientes. Como las medidas técnicas eran factibles, se perforaron los tres pozos en el túnel y se vertió una gran cantidad de grava para el relleno. Esto no sólo ahorró cemento, sino que también mejoró la calidad de la consolidación del túnel bloqueado. Sólo tomó un mes. Bloquea el 100% de la entrada de agua en el túnel, después de drenar la mina, otros túneles están básicamente intactos, eliminando la amenaza de daños por agua en la mina.
(3) El equipo de construcción es simple, el proceso es simple y el efecto de bloqueo del agua de la lechada es bueno. Este método se puede utilizar para aplicar lechada en condiciones dinámicas de agua en proyectos similares.
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