預(yù)注漿在井巷過地質(zhì)異常帶中的應(yīng)用

張繼兵

（淮南礦業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)部, 安徽 淮南 232001）

預(yù)注漿在井巷過地質(zhì)異常帶中的應(yīng)用

張繼兵

（淮南礦業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)部, 安徽 淮南 232001）

針對(duì)地質(zhì)異常體巖體破碎、不完整、巷道支護(hù)困難等問題,對(duì)預(yù)注漿技術(shù)從注漿方案、注漿材料、注漿機(jī)具、注漿施工工藝、施工組織管理、質(zhì)量控制等方面進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述,并以顧北礦南翼膠帶機(jī)巷過地質(zhì)異常帶為例,介紹預(yù)注漿加固的成功經(jīng)驗(yàn),為類似條件的施工提供了參考。

地質(zhì)異常帶; 預(yù)注漿; 注漿帷幕

DO I:10.3969/j.issn.1671-4733.2011.03.002

淮南礦區(qū)開采地質(zhì)條件類型多,構(gòu)造復(fù)雜,發(fā)育有異常構(gòu)造帶和陷落柱等地質(zhì)異常體,這些地質(zhì)異常體巖體破碎,不完整,巷道支護(hù)困難,并可能存在瓦斯突出和水災(zāi),給安全施工帶來很大威脅。為此,在巷道施工前或施工期間采用預(yù)注漿方法對(duì)地質(zhì)異常帶進(jìn)行加固,以提高巖體的穩(wěn)定性、加大施工安全系數(shù)是十分必要的。

1 注漿方案

通過向地質(zhì)異常體注入漿液,封堵裂隙,增加巖體膠結(jié)程度和強(qiáng)度,形成一個(gè)完整的整體,使巷道在注漿帷幕的掩護(hù)下安全施工。

預(yù)注漿前要進(jìn)行地質(zhì)異常體前探工作,根據(jù)三維勘探和前探情況選擇合理的預(yù)注漿方案,主要方案有:

巷道施工前預(yù)注漿。先對(duì)后方巷道進(jìn)行注漿加固,然后采用深孔注漿對(duì)前方巷道進(jìn)行預(yù)注漿加固,用鉆機(jī)造孔,對(duì)巷道周圈進(jìn)行加固,加固范圍一般為巷道周圈外3～5 m;異常帶影響長(zhǎng)度大于30 m要分次注漿,異常帶影響長(zhǎng)度小于30 m一次性注完,注漿孔超前距為10 m。巷道施工期間預(yù)注漿采用管棚循環(huán)注漿,風(fēng)錘造孔,對(duì)巷道拱部進(jìn)行加固,注漿錨桿作為巷道超前支護(hù),能有效控制巷道冒頂發(fā)生;一般每3 m一個(gè)循環(huán),超前距為1 m。

布孔方式。巷道施工前預(yù)注漿在停頭斷面布置鉆孔,布孔要考慮施工環(huán)境,根據(jù)巷道周圈加固范圍及終孔間距確定鉆孔數(shù)量,依據(jù)鉆孔漿液擴(kuò)散半徑,設(shè)計(jì)終孔位置鉆孔間距一般為3～5 m。巷道施工期間預(yù)注漿孔設(shè)計(jì)沿巷道輪廓線從拱基線開始向頂板布置,布孔參數(shù)一般為:孔深3 m,間距1～1.2 m,排距1 m,與巷道走向呈15°～20°夾角并外傾,注漿錨桿規(guī)格為26.75 mm×3.25 mm×3 000 mm花管。

鉆孔結(jié)構(gòu):巷道施工前預(yù)注漿若異常體不含水或含水量不大,孔口下一路套管,套管參數(shù)一般為:套管直徑Φ91 mm,長(zhǎng)度3～5 m;若異常體含水量較大,孔口需下兩路套管,套管參數(shù)一般為:第一路套管直徑Φ127 mm,長(zhǎng)度 3 m,第二路套管直徑Φ91 mm,長(zhǎng)度8～10 m。終孔Φ75 mm,全孔采用清水無(wú)巖芯鉆進(jìn)。

注漿方法。巷道施工前預(yù)注漿采用分段注漿進(jìn)行加固,可根據(jù)異常體巖性及構(gòu)造情況進(jìn)行分段;鉆進(jìn)至每段位置后即可提鉆進(jìn)行注漿,在鉆進(jìn)過程中如出現(xiàn)埋鉆或塌孔現(xiàn)象時(shí),必須立即提鉆進(jìn)行注漿;通過多次提鉆復(fù)注,使巖體裂隙得到充分充填加固,提高巖體穩(wěn)定抗壓能力。巷道施工期間預(yù)注漿在注漿錨桿固定好后即可進(jìn)行制漿、注漿工作,預(yù)注漿結(jié)束養(yǎng)護(hù)8 h后即可進(jìn)行掘進(jìn)施工。

2 注漿材料

巷道施工前預(yù)注漿因漿液擴(kuò)散空間大,水泥一般選用P.042.5普通硅酸鹽水泥;巷道施工期間預(yù)注漿采用循環(huán)注漿,漿液擴(kuò)散空間相對(duì)較小,同時(shí)要滿足快速施工的要求,可選用凝膠速度快的硫鋁酸鹽水泥;水玻璃采用40～45 Be,模數(shù)2.8～3.2。漿液以單液漿為主,如果有漏漿輔以少量CS（水泥-水玻璃）雙液漿。巷道施工之前預(yù)注漿因受注巖體裂隙開度較小,要選擇濃度相對(duì)較稀的單液漿,以加大注漿量,提高注漿效果,水灰比一般在1∶1～2∶1之間調(diào)節(jié);巷道施工期間預(yù)注漿要根據(jù)漿液凝固時(shí)間及恢復(fù)掘進(jìn)時(shí)間來調(diào)配漿液,水灰比一般在1∶1～2∶1之間調(diào)節(jié)。雙液漿中水泥漿和水玻璃的體積配比為1∶0.4～1∶1。各種漿液都要按照先稀后濃的原則進(jìn)行配制。

3 注漿機(jī)具

注漿。巷道施工前預(yù)注漿采用2TGZ-60/210型高壓雙液注漿泵,使?jié){液得到充分?jǐn)U散,巷道施工期間預(yù)注漿采用 KYB-50/70型液壓注漿泵。

制漿。采用0.3 m3和0.5 m3兩種型號(hào)攪拌桶。

造孔。巷道施工期間預(yù)注漿采用7655型風(fēng)錘造孔,配Φ42 mm、3.5 m長(zhǎng)釬桿。巷道施工前預(yù)注漿采用SGZ-IIIA型鉆機(jī)或大功率液壓鉆機(jī)造孔;鉆桿選用光鉆桿,若排渣不暢,可選用具有經(jīng)耐磨、出渣快等特性的麻花鉆桿;鉆頭材質(zhì)以合金為主,開孔或在普式硬度4以上巖石鉆進(jìn)可用復(fù)合片鉆頭,合金鉆頭在異常帶軟巖中鉆進(jìn),效率高,有利于排渣,另外鉆頭要和鉆桿、套管相匹配,鉆頭和鉆桿直徑差距力求最大化,使鉆孔內(nèi)留有一定的空間,保證排渣、排水暢通。

4 注漿工藝流程及設(shè)備布置

巷道施工前預(yù)注漿施工順序:工作面噴止?jié){層→后方巷道注漿加固→開孔鉆進(jìn)→下套管并固管→鉆進(jìn)→注漿→養(yǎng)護(hù)→掘進(jìn)施工。

巷道施工期間預(yù)注漿施工順序:工作面噴止?jié){層→造孔→下注漿管→注漿→養(yǎng)護(hù)→恢復(fù)掘進(jìn)施工。工藝流程如圖1所示。

圖1 注漿工藝流程圖

工作面后退3 m布置鉆機(jī)及附屬器具,后退20～30 m擺放注漿泵、攪拌桶及儲(chǔ)漿桶、清水桶,攪拌桶后方放置水泥,形成注漿站。注漿管采用Φ25 mm高壓膠管,通過高壓快速接頭連接,從注漿站接至工作面,通過混合器與孔口管上高壓球閥連接,形成注漿系統(tǒng)。

5 質(zhì)量控制

巷道施工期間預(yù)注漿嚴(yán)格按標(biāo)定孔位施工注漿孔,孔深必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求,孔口管固管必須牢固,注漿前要做好壓水試驗(yàn),檢驗(yàn)注漿管路及孔口管耐壓性。

巷道施工前預(yù)注漿鉆孔孔口套管安裝的質(zhì)量直接關(guān)系到注漿質(zhì)量及安全生產(chǎn),每路套管下完后即可進(jìn)行固管注漿,固管注漿漿液采用水泥單液漿,固管注漿是預(yù)注漿加固的重要環(huán)節(jié),是保證預(yù)注漿加固達(dá)設(shè)計(jì)壓力的基礎(chǔ),每路套管固管注漿結(jié)束后,養(yǎng)護(hù)48 h,透孔后安裝好高壓閘閥進(jìn)行清水耐壓試驗(yàn),試驗(yàn)壓力為8～10 M Pa,穩(wěn)壓達(dá)20 min,且孔口管周圍無(wú)泄漏現(xiàn)象即為合格,否則重新注漿養(yǎng)護(hù)進(jìn)行耐壓試驗(yàn),直至合格后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。

每孔在注漿前必須先壓清水,根據(jù)壓水時(shí)泵量的變化決定起始漿液濃度,壓水泵量和漿液起始濃度關(guān)系見表1;嚴(yán)格按配比制漿,配比情況見表2。

表1 壓水泵量和漿液起始濃度關(guān)系表

表2 單液水泥漿配制表

在注漿過程中注漿泵量的變化是由大到小逐步減小,隨著注入量的增加,注漿壓力的上升,裂隙被逐步充填,注漿泵量要相應(yīng)降低。每班設(shè)專人監(jiān)督施工質(zhì)量,并做好注漿原始資料詳細(xì)記錄,包括孔號(hào)、時(shí)間、注入量、注漿壓力等。

采用壓水方法,根據(jù)壓水時(shí)泵量及壓力變化情況,來檢查注漿效果。不符合質(zhì)量要求,補(bǔ)孔進(jìn)行注漿。

6 應(yīng)用實(shí)例

顧北礦南翼（11-2）膠帶機(jī)巷位于南翼構(gòu)造區(qū),沿11-2煤層底板施工,構(gòu)造復(fù)雜,附近的主要構(gòu)造有斷層和褶曲,已探明的F104地質(zhì)異常帶發(fā)育有F104-1、FD104-1等斷層,這些斷層相互交叉切割,構(gòu)造極其復(fù)雜,受構(gòu)造帶影響,地層產(chǎn)狀變化大,煤巖層裂隙、滑面發(fā)育,導(dǎo)致圍巖破碎、抗壓強(qiáng)度降低、整體穩(wěn)定性變差。據(jù)該巷施工的探放水鉆孔揭示11-2煤層底板以下的粉細(xì)砂巖裂隙發(fā)育,相對(duì)富水,據(jù)物探綜合資料顯示,巷道底板下10～20 m深度范圍為相對(duì)富含砂巖裂隙水帶,延展范圍較大,巷道前方有相對(duì)低阻區(qū),裂隙或小斷層發(fā)育。F104地質(zhì)異常帶巷道圍巖巖性以砂質(zhì)泥巖為主,中夾薄層炭質(zhì)泥巖,施工過程中極易發(fā)生冒頂,巷道維護(hù)困難,掘進(jìn)時(shí)砂巖水有可能通過斷層及裂隙進(jìn)入巷道,安全威脅大。為了確保巷道安全通過異常帶,經(jīng)集團(tuán)公司研究決定,先對(duì) F104異常帶進(jìn)行預(yù)注漿加固,然后再進(jìn)行巷道掘進(jìn)施工。

根據(jù)前探資料分析,從F104-1斷層帶前35 m位置開始巖性不穩(wěn)定,裂隙發(fā)育。預(yù)注漿從F104-1斷層帶前35 m位置開始,F104-1斷層帶前35～3 m區(qū)段采用管棚循環(huán)超前預(yù)注漿,每3 m一個(gè)循環(huán),其余區(qū)段采用鉆機(jī)造深孔預(yù)注漿。

施工方式。第一輪管棚預(yù)注漿在巷道拱部布孔,排距1 m,間距1.2 m,每排布置7個(gè)孔,孔深3 m,注漿材料選用硫鋁酸鹽水泥;在注漿過程中為了確保每個(gè)孔多注入漿液,合理調(diào)配漿液,先期注初凝和終凝時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的稀漿,擴(kuò)大漿液擴(kuò)散范圍,保證漿液充分充填巖體裂隙,增強(qiáng)整體穩(wěn)定性,封孔注凝固時(shí)間較短的稠漿,使掘進(jìn)施工在最短時(shí)間內(nèi)能得到恢復(fù)。第二輪鉆機(jī)造深孔預(yù)注漿分次進(jìn)行,第一次預(yù)注漿利用前探孔及排放孔,加固范圍按周圈3 m考慮,選擇32個(gè)鉆孔注漿,鉆孔平均深度32 m,第二次預(yù)注漿造孔10個(gè),鉆孔深度40 m;注漿水泥選用 P.042.5普通硅酸鹽水泥,采用一臺(tái)2TGZ-120/105型注漿泵和一臺(tái)JJS-10型攪拌機(jī)注漿;為了使?jié){液在裂隙內(nèi)有效擴(kuò)散,漿液水灰比控制在1.75∶1～2∶1之間,按照先稀后濃再稀的原則進(jìn)行配制;本輪注漿以加固巖體裂隙為主,注漿最大壓力達(dá)到6～8 M Pa。

效果分析。2010年2月開始第一輪預(yù)注漿施工,每個(gè)循環(huán)注20袋水泥,平均每個(gè)孔注2～3袋水泥,養(yǎng)護(hù)一個(gè)小班后恢復(fù)掘進(jìn)施工,頂板較完整,裂隙充填密實(shí),擴(kuò)散效果明顯;第二輪第一次預(yù)注漿共注入水泥23.4 t,平均每孔注入量0.75 t,裂隙封堵率較高,形成有效的注漿帷幕,施工中未發(fā)生掉頂,安全施工得到保障;第二輪第二次預(yù)注漿對(duì)砂巖裂隙水進(jìn)行封堵,減少水害對(duì)施工影響,目前處于養(yǎng)護(hù)期,沒有恢復(fù)掘進(jìn)施工。

[1] 張吉清.預(yù)注漿在井巷施工中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù), 2010,（6）:138-139.

[2] 唐娜新,朱雙龍.預(yù)注漿技術(shù)在巷道穿斷層帶中的應(yīng)用[J].山東煤炭科技,2011,（1）:181-182.

[3] 葉成林,穆維方.預(yù)注漿在張集煤礦-700m東大巷治理中的應(yīng)用 [J].煤炭科技,2009,（3）:53-54.

The Application of Pre-grouting in Coal Roadway through the Geological AnomalousBody

Zhang Ji-bing
（Huainan M ining Group Corporation L td.,Huainan Anhui232001）

In term sof the rock crush and imperfection in geological anomalous body and the difficulties in roadways’support,the grouting p lan,grouting materials,grouting equipments,grouting construction technology,construction o rganization and management and quality control in p re-grouting techno logy are discussed,and taking the belt conveyo r roadway in the south w ing of GubeiM ine through the geological anomalous body for examp le,the successful experience is introduced,w hich w ill p rovide references for the similar constructions.

geo logical anomalous body;p re-grouting;grouting curtain

TD265.4

B

1671-4733（2011）03-0004-03

2011-05-19

張繼兵（1968-）,男,安徽壽縣人,工程師,從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作,電話:13855416094。