巷道過斷層破碎帶注漿堵水技術(shù)在防治水災(zāi)害中的應(yīng)用

摘要：本文總結(jié)了福建省鑫陽礦業(yè)有限公司坑采斜井巷道過斷層破碎帶采用注漿技術(shù)防治水災(zāi)害的成功經(jīng)驗。簡要介紹斜井工作面注漿堵水的施工工藝、注漿參數(shù)、注漿濃度和控制注漿壓力等內(nèi)容，以供從事同行業(yè)的技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：斷層破碎帶，注漿技術(shù)

0 工程概況

福建鑫陽礦業(yè)有限公司坑采斜井，井口標(biāo)高+630m，井底標(biāo)高480m，斜井坡度：28°，斷面積：(3×2.7)m2。斜井揭穿的巖體巖性主要為花崗巖和矽卡巖，附近還有兩組灰?guī)r(船山組和棲霞組)。本礦區(qū)主要地質(zhì)構(gòu)造為F8大斷層。該斷層局部富水性強(qiáng)且導(dǎo)水性良好。2009年1月，當(dāng)斜井施工至+520m標(biāo)高時，揭露到F8斷層，井下產(chǎn)生大量涌水，平均日涌水量7200～8400m3，造成淹井事故。經(jīng)過一年多的排水，到2010年2月井下涌水量基本上保持穩(wěn)定，但掘進(jìn)施mm作仍然無法進(jìn)行。

1 井下涌水處理方案選擇

如果不能在盡可能短的期間內(nèi)解決淹井問題，掘進(jìn)施工無法恢復(fù)，勢必大大影響礦井的建設(shè)周期，并且巷道長期泡在水中，圍巖自身的抗壓、抗剪能力將受到影響，不僅在以后的生產(chǎn)中要增加維護(hù)費用，而且安全生產(chǎn)的不利因素效應(yīng)擴(kuò)大。要盡可能爭取在短時間內(nèi)恢復(fù)斜井的正常施工，必須對井下涌水采取科學(xué)有效的方法進(jìn)行處理。通常井下涌水的處理有截、堵、排等方法。不同的方法各有利弊，因此首要工作是正確地選擇處理井下涌水的方法。經(jīng)過一年多的排水，井下涌水量基本上保持不變，可以認(rèn)定采用直接排水的方法難以解決淹井問題，且排水成本高：依據(jù)現(xiàn)有揭示的230m長巷道和地質(zhì)報告，無法準(zhǔn)確確定井下涌水的水源頭，因此無法采取“截”的方法；“堵”的方法成為唯一可選方案。經(jīng)過分析研究，最后決定采取注漿堵水的方法。

2 注漿工藝流程

2.1 在掘進(jìn)工作面附近建立造漿場所，把水泥漿和水玻璃通過礦車運送到井下工作面，裝入貯水泥漿桶和貯水玻璃桶中。

2.2 按一定配比調(diào)制水泥漿和水玻璃漿液。通過注漿管，注漿泵用高壓把漿液注入注漿孔，高壓滲入巖層裂隙內(nèi)，膠結(jié)后即形成具有一定強(qiáng)度和隔水性的膠結(jié)體。

3 注漿堵水施工

3.1 超前探水：巷道預(yù)注漿堵水第一步應(yīng)打探水孔，重點是取好巖芯，正確判斷巖層。探孔結(jié)束時，做簡易注漿，以便于注漿堵水工程的進(jìn)一步施工。探水孔固管試壓可為靜水壓力的2倍，孔口必須安裝防水閥門和防噴裝置、壓力表等。

3.2 止?jié){墻的構(gòu)建：采用C25混凝土制作止?jié){墻，墻厚2.8～3 m，墻體嵌入巷道斷面0.6～0.8 m，沿四周打小注漿孔，在孔內(nèi)預(yù)埋排水管把水排到止?jié){墻外水倉里，為止?jié){墻的制作創(chuàng)造良好作業(yè)條件(圖1)。同時，利用水泵把水倉里的水排到+630 m平硐，順?biāo)疁献粤髋懦觥?/p>

3.3 注漿孔的布置：在止?jié){墻外選一合適位置，沿止?jié){墻周邊布孔7～9個(一般為7個孔，圖2)。使用KD-100型鉆機(jī)、鉆桿直徑55mm、鉆頭直徑90mm，每孔長40～50m。每孔鉆好后用高壓球閥鎖口。同時還可利用注漿孔超前探水，進(jìn)一步查明斜井將要穿過的地段的涌水壓力、涌水量、巖體破碎程度等水文地質(zhì)、工程地質(zhì)情況，為合理確定注漿孔的長度和注漿參數(shù)提供更準(zhǔn)確的基礎(chǔ)信息。

3.4 注漿段長的選擇：根據(jù)每個單孔涌水量大小確定該單孔的注漿段長。一般斷層破碎裂隙度高則涌水量大，此時注漿段長應(yīng)小，反之亦然。當(dāng)單孔涌水量大時，鉆1～2m深后就立即開始注漿，待漿液初凝后再繼續(xù)施工。重復(fù)單孔短鉆短注漿，以保證漿液有足夠的滲透范圍。當(dāng)單孔涌水量小時，可多鉆數(shù)米。具體鉆深由現(xiàn)場技術(shù)人員確定。

3.5 注漿參數(shù)選擇與應(yīng)用：

3.5.1 注漿滲透范圍的控制：由于漿液在巖石中的滲透能力受斷層裂隙發(fā)育程度的限制，極不規(guī)則，確切地說滲透范圍應(yīng)稱為“滲透距離”。注漿滲透范圍一般與巖體的透水性、裂隙開度、注漿延續(xù)時間、注漿壓力等成正相關(guān)關(guān)系，而與漿液濃度成負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此注漿滲透范圍的確定尚無實用的計算公式可循。我礦在注漿施工過程中，利用單漿液、雙漿液、不同漿液濃度和注漿壓力的變化來有效控制注漿滲透范圍。

3.5.2 注漿壓力的確定與控制：注漿壓力是克服漿液流動阻力使?jié){液充填巖層裂隙的動力，是保證注漿質(zhì)量、使?jié){液按預(yù)想的滲透范圍運動的重要動因。施工開始時，注漿起始壓力選用0.9～1.0倍的靜水壓力，注漿正常壓力選用1.1～1.3倍的靜水壓力，注漿終壓選擇2～3倍的靜水壓力。施工時，在漿液濃度既定的前提下，采用先大后小的吸漿量和間歇式注漿法與單、雙液相結(jié)合的方式以控制滲透范圍，使注漿壓力緩緩上升至終壓，從而達(dá)到既保證堵水質(zhì)量，又節(jié)約注漿材料、降低堵水成本的目的。

3.5.3 注漿材料及配合比：注漿材料采用水泥砂漿和水泥水玻璃，必要時局部地段可采用膠結(jié)性能良好的其他有機(jī)化合物。水泥選用R425°硅酸鹽水泥，水玻璃濃度為40°。漿液濃度配合比一般采取先稀后濃。注漿時，當(dāng)出現(xiàn)注漿壓力不升、進(jìn)漿量不減情況時，為保證漿液膠結(jié)質(zhì)量，應(yīng)逐漸加大漿液濃度；反之，若壓力上升快、吸漿量減少時，為保證足夠的漿液注入量和有效的滲透范圍，則應(yīng)逐漸降低漿液濃度。

3.5.4 漿液濃度：相同條件下，漿液越濃黏度越大，則滲透距離越小。當(dāng)然，漿液的結(jié)石率也隨濃度而增加。漿液濃度的選擇與調(diào)整直接關(guān)系到注漿的進(jìn)度和工程質(zhì)量，每個礦山要經(jīng)過多次反復(fù)實踐、比較。

3.5.5 注漿量的確定：根據(jù)公式Q=λ3.14R2ωF，鉆孔漿液注入量一般按孔長每米28m3左右。式中Q為鉆孔每米注入量，單位為m3；λ為漿液損失系數(shù)，取1.4；R為漿液滲透距離，取15m：L為注漿孔長，取1m；ω為巖體裂隙率，取4％～5％；F為漿液充填系數(shù)，取0.7：σ為凝結(jié)率，取95％。

3.5.6 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在注漿過程中，注漿壓力將逐步升高。當(dāng)達(dá)到設(shè)計終壓時，每孔注漿總量為5～10L/min，穩(wěn)定20～30min后，即可結(jié)束該孔注漿。

4 施工注意事項

4.1 配制和使用漿液時，應(yīng)佩戴個體防護(hù)用品，如防護(hù)眼鏡、勞保手套，防止刺激眼睛和腐蝕皮膚。

4.2 拆卸孔口管端部過漿裝置時，應(yīng)嚴(yán)格按先泄壓后拆卸的順序，防止高壓漿液噴出傷人。

4.3 當(dāng)高壓管內(nèi)壓力值超過設(shè)計終壓值時，即應(yīng)停止施工并稍降壓，以免管路閥門等設(shè)施受損。

4.4 不選用不符合技術(shù)要求的材料。

4.5 初期試驗時，對不同注漿材料、不同濃度漿液的凝膠時間要進(jìn)行測定，以確定選用的注漿材料。

4.6 注漿施工為隱蔽工程施工，各種原始記錄要完整、準(zhǔn)確，以作為注漿工程質(zhì)量的評定依據(jù)。各種原始記錄要立檔保存。

4.7 沖孔質(zhì)量的好壞直接影響注漿質(zhì)量的好壞，沖洗干凈的注漿孔可以提高漿液膠結(jié)體與巖石裂隙面的粘結(jié)強(qiáng)度和抗?jié)B能力。因此，施工時注漿孔要沖洗干凈。

4.8 在施工中出現(xiàn)的事故及新發(fā)現(xiàn)的問題應(yīng)及時進(jìn)行處理，以保證施工安全。

5 注漿堵水效果評定

注漿施工結(jié)束后，應(yīng)隨機(jī)選擇或有意識選擇薄弱地段打檢查孔，檢查有無漏水或做壓水試驗來檢驗注漿質(zhì)量。

6 結(jié)語

我礦通過對斜井掘進(jìn)作業(yè)面注漿堵水工程的應(yīng)用，使斜井作業(yè)面7200～8400m3/d的涌水量降至120～240m3/d，達(dá)到了預(yù)期的效果，使斜井的開拓工程得以繼續(xù)。實踐證明，在井巷施工中，遇到井下涌水量大時，采用注漿堵水技術(shù)是防治井下涌水有效的辦法之一。

(編輯 陳志華)