【文章內(nèi)容簡介】 計、微機工業(yè)密度計、注漿管路、送料孔組成：（1）泥漿泵：是輸送漿液的主要設(shè)備，采用NBB260/7型泥漿泵，五級變速，流量分別為260、161060、35L/min，電機功率45kw，工作壓力7～10MPa，最大工作壓力12 MPa。由石家莊煤機有限責任公司與肥礦集團聯(lián)合開發(fā)。（2）壓力表：量程不低于6MPa，用于觀測注漿系統(tǒng)壓力，量程與泥漿泵、管路及規(guī)定注漿壓力范圍等配套。安裝在泥漿泵及井下注漿孔孔口上。（3）注漿管路：與地面泥漿泵、電磁流量計、微機工業(yè)密度計、送料孔及井下鉆孔相連，泥漿泵與送料孔用高壓膠管連接，用于輸送漿液，采用直經(jīng)506mm地質(zhì)管，用卡套式高壓快速接頭連接。 供水系統(tǒng)供水系統(tǒng)：包括水源井或水塔、水泵、高位儲水池、清水池、水管等。水源井或水塔的供水量不低于30m3/h，確保注漿站連續(xù)造漿、注漿用水。儲水池容量不小于60m3，儲水部分高出地面4m，以便于自然泄水；清水池則用于泥漿泵沖洗注漿管路之用。 供電系統(tǒng)本注漿站共設(shè)計電動設(shè)備63臺件，合計功率450kw左右，常用設(shè)備功率420kw左右,可根據(jù)此功率考慮供電線路及配電設(shè)備。6 CLC注漿材料研究 CLC漿液發(fā)展歷史簡介粘土作為一種注漿材料，我國50年代在煤礦注漿中已有應用，當時粘土只是作為一種懸浮劑，規(guī)模較小。80年代中后期，煤礦建井越來越深，注漿材料消耗也隨之增大，如華北某礦井，420～750m共330m注漿井筒，注漿材料成本1100萬元之多。為降低成本、提高注漿效率，煤科總院建井分院（原建井所）1991年研制出CLC注漿材料并在山東棗莊礦務局付村西風井應用成功。此后，在地面預注漿中CLC漿液全面代替了以水泥為主的注漿材料，該科研成果獲1995年國家科技進步二等獎。截至目前，已有80余個井筒應用CLC漿液進行地面預注漿。國外同類注漿材料在前蘇聯(lián)國家、東歐地區(qū)、美國及南非等國家上世紀六、七十年代陸續(xù)應用。薄層灰?guī)r注漿改造，1986年在山東肥城等地已開始，注漿材料為水泥漿。蘇聯(lián)“注漿與地質(zhì)勘探專業(yè)聯(lián)合公司（STG）”，從70年代就廣泛采用粘土水泥漿進行巖溶裂隙和不穩(wěn)定地層注漿。山東肥城先由煤炭科學研究總院建井研究分院進行了CLC漿液室內(nèi)配方及模型注漿研究，然后進行工業(yè)性試驗。從1991年底后便大量推廣使用粘土水泥漿對薄層灰?guī)r進行注漿改造。實踐證明：薄層灰?guī)r注漿改造是防止奧灰水突出的有效措施，CLC漿液是良好的注漿材料，其技術(shù)、工藝是成功的。 CLC漿液堵水機理粘土水泥漿三態(tài)變化是其成功堵水的內(nèi)因，在粘性狀態(tài)下漿液具有良好的懸浮穩(wěn)定性、流動性和擴散性；塑性強度增加可防止?jié){液沿單一裂隙超擴散,防止地下水滲透、稀釋、沖走； 彈性狀態(tài)保證形成密實的堵水帷幕，并具有長時間的耐久性。 粘土水泥漿的可注性和流變性　 粘度和屈服應力主要受水化時間影響,少量析水后漿液的粘度和屈服應力也會增大,但不致失去流動性，漿液流動過程中脫水并逐漸密實與這一特性有關(guān)。假定漿液在一圓管中流動(經(jīng)計算發(fā)生層流的可能性較大)，其流速分布如圖2所示。漿液流速與其粘度成反比，析出的水粘度小，其流速大于漿液流速，在圖2　塑性流體在圓管中的層流流速分布示意R ——圓管半徑； r0——塞流半徑；vr0——塞流流速； vr1——半徑為r1處流速( r0≤r1≤R )流動過程中逐漸匯聚在漿液前部，相對落后的漿液密度漸漸增大，漿液在圓管中的停留時間分布與流速分布相反，停留時間越靠近管壁處越長，漿液粘度和屈服應力隨時間增大到一定程度后，失去流動性，進入塑性狀態(tài)。中心處漿液對周圍漿液擠壓，使其束縛的水釋放出來，從而使?jié){液的密度顯著增大，密實性提高。隨著中心可流動區(qū)域的逐漸縮小，漿液流動阻力逐漸升高。漿液停止流動后，其中的水泥徹底水化，吸收了剩余的水，并形成具有一定密度、強度的結(jié)石體。長期大量的工業(yè)性試驗表明， 粘土水泥漿既具有漿液擴散所需要的流動性， 又可脫水密實形成較高結(jié)石強度的堵水帷幕。 粘土水泥漿的凝結(jié)性粘土水泥漿以粘土為主劑，水泥為結(jié)構(gòu)生成劑，另加S型結(jié)構(gòu)促成劑（水玻璃）共三種成分組成。其主要反應如下：粘土是含水鋁硅酸鹽，其礦物成分多為高嶺土、蒙脫石、伊利石，具有吸水能力。水泥、水玻璃為水硬性材料，凝結(jié)過程對漿液性能影響較大。由于粘土、水泥、水玻璃之間的反應速度不同，使粘土水泥漿在凝結(jié)過程中發(fā)生了從流態(tài)到固態(tài)所產(chǎn)生的具有流動性的粘性狀態(tài)、形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、流動性下降的塑性狀態(tài)、形成化學力相連接的新固相，具有一定強度的彈性狀態(tài)。三種狀態(tài)連續(xù)演變， 無明顯的初凝、終凝。(一) 粘性狀態(tài)，和水結(jié)合生成膠體分散體系，其中二氧化硅微粒表面吸附了鈉、鉀、鈣離子，形成了一定厚度的離子擴散層。當水泥顆粒均勻地分散到粘土漿后，因粘土的懸浮作用， 水泥顆粒處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。水泥礦物水化后，氫氧化鈣與土粒發(fā)生離子交換反應，鈣離子使土顆粒分散度降低，穩(wěn)定性下降。加入水玻璃后，水玻璃與氫氧化鈣反應，生成一定強度的產(chǎn)物，其表面積較大，同時也因水玻璃中的鈉離子重新置換了粘土顆粒上的鈣離子，因而粘土顆粒的分散度有所提高。宏觀現(xiàn)象也證實了這個過程，即粘土漿中加入水泥后粘度增大不明顯，析水傾向性增大；加入水玻璃后粘度增加幅度大，穩(wěn)定性提高。土顆粒、水泥粒子、水玻璃間發(fā)生了上述反應后，有明顯的膠凝現(xiàn)象，粘度增大，但因水泥水化速度慢，只有很少一部分粒子水化，這時的主要反應是(4)和(5)。 漿液還不具備抵抗外力的能力，具有良好的流動性和穩(wěn)定性。(二) 塑性狀態(tài)隨著水泥水化的進行，生成大量以物理力相互連接的膠體顆粒，形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并包圍粘土顆粒，漿液表現(xiàn)出塑性。在外力的作用下網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，釋放出束縛的水，顆粒分散，外力解除后網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以恢復，漿液表現(xiàn)出塑性，具有塑性強度。(三) 彈性狀態(tài)生成大量水泥水化粒子后，在液相中形成以化學力相連接的新固相，具有不可逆性，抵抗外力的能力較高，這個過程主要按反應式(2)進行的。同時水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣與粘土發(fā)生粒子交換，粘土顆粒凝聚。因此粘土水泥漿結(jié)石體強度、密實性與水泥含量有直接關(guān)系。通過以上堵水機理及凝結(jié)性分析，CLC粘土水泥漿在粘性狀態(tài)具有很好的流動性和穩(wěn)定性，在塑性狀態(tài)有一定塑性強度，在彈性狀態(tài)結(jié)石體有一定強度，雖然水泥含量較少，抗壓強度較低，但仍能夠抵抗地下水的壓力而不被從裂隙中擠出，因而能夠起到堵水作用。CLC粘土水泥漿的粘度決定其流動性和可注性，析水率決定漿液的結(jié)石率，塑性強度決定漿液的擴散性能和抵抗地下水擠壓的能力，因此粘土水泥漿的主要性能包括粘度、析水率和塑性強度。 CLC漿液性能研究通過實驗室大量實驗研究，對粘土水泥漿的比重、粘度、析水率、塑性強度等性能進行了較為系統(tǒng)的研究，并取得良好結(jié)果。 CLC漿液用土分析⑴實驗室實驗用土實驗粘土取自邢臺南河縣的表土層，粘土外觀特征為紫褐色粘土（N1），粘土樣品送至中科院地質(zhì)研究所測試物化性能，分析結(jié)果見表3。表3 粘土水理性質(zhì)及物質(zhì)組成液限(%)塑限(%)塑性指數(shù)自由膨脹率(%)顆粒組成(mm，％)活性指數(shù)(PI/＜2UM)蒙脫石(％)有機質(zhì)(％)CaCO3(％)工程定名備注＞～＜＜高塑性、弱脹縮性粘土N1濱湖粘土具有鐵質(zhì)膠結(jié)表4 粘土顆粒組成編號液限(%)塑限(%)塑性指數(shù)自由膨脹率(%)顆粒組成(mm，％)有機質(zhì)(％)CaCO3(％)蒙脫石(％)工程定名＜＜申莊村南55粘土申莊柳溝43粘土北祁村68粘土西葛泉南24粉質(zhì)粘土⑵工業(yè)性試驗用土對注漿工程使用粘土進行了物性分析，分析結(jié)果如表4所示。由表中分析結(jié)果以及結(jié)合成本，表中所列粘土均可作為本注漿工程用土。⑶注漿粘土使用標準表土段粘土種類繁多、成分復雜，不同地域的粘土物化成分差別也較大，好的粘土是粘土漿堵水成功的前提和關(guān)鍵。依據(jù)CLC注漿材料研究理論、粘土漿堵水機理以及實驗室研究和工程應用實例證明，注漿用粘土應符合如下標準：粘土的塑性指數(shù)＞10；粘土顆粒（粒徑＜）＞25％；含砂量＜5％；有機物＜3％?？傊?，符合以上標準并工程定名為粘土的土樣均可以作為注漿材料使用，注漿時粘土具體使用量（粘土原漿的比重）要根據(jù)不同的土樣、受注地層、注漿工藝、注漿參數(shù)以及實驗研究配方等因素靈活調(diào)整。 漿液不同配比條件下比重、粘度、析水率的實驗研究根據(jù)設(shè)計的三因素四水平正交試驗，測得不同實驗條件下漿液的性能參數(shù)——比重、粘度、析水率，具體實驗測定結(jié)果見表5。表5 粘土水泥漿正交試驗設(shè)計及性能測定結(jié)果正交實驗編號粘土原漿水泥用量/g水玻璃用量/mL粘土水泥漿比重/(gmL)粘度/s用量/mL比重/(gmL)粘度*/s析水率/％11002150＜3200滴流＜4250滴流＜515061007250滴流＜8200滴流＜92001025011100＜12150滴流＜132501420015150滴流＜16100滴流＜注：*－此列中的“滴流”表示漿液太稠，測試過程中漿液從呈股流下狀態(tài)轉(zhuǎn)為滴流，“滴流”前的數(shù)字表示滴流之前所用的時間。 不同配比條件下漿體塑性強度的實驗研究根據(jù)不同的試驗條件，先配制好漿液，然后室溫下圓模成型，最后將圓模放于SHBY－40A型 水泥標準養(yǎng)護箱中養(yǎng)護，以供塑性強度測試。漿液的塑性強度（τ）由公式（式1）計算所得。其中測試深度用改進后的水泥凝結(jié)時間測定儀測定，試錐錐入圓模上水平面的深度即為測試深度。 （式1）式中：τ——塑性強度，kPa；G——作用在試塊上的力，； α——為試錐的夾角，大小為30176。；