軟弱巖層巷道塌方區防滲加固治理技術

董亞寧，王幫策，陳能革

([1]馬鋼集團礦業有限公司 安徽馬鞍山 243000)([2]馬鋼張莊礦業有限責任公司 安徽馬鞍山 243000)

軟弱巖層巷道塌方區防滲加固治理技術

董亞寧1，王幫策2，陳能革1

([1]馬鋼集團礦業有限公司 安徽馬鞍山 243000)([2]馬鋼張莊礦業有限責任公司 安徽馬鞍山 243000)

通過對姑山鐵礦掛幫礦軟弱巖層巷道塌方區水文地質的綜合分析，提出了鋼筋混凝土砌碹、回填灌漿、固結灌漿等綜合治理技術，從而保證安全可靠地通過姑山采場掛幫礦-138 m塌方區巷道。

塌方；灌漿；加固

姑山鐵礦經過五十多年的露天開采，淺部鐵礦體已基本采完，露采難度逐年加大，年采礦石量逐年下降，礦山生產已不能適應馬鋼經濟戰略發展的需求。近年來，姑山鐵礦正通過技術創新，采用地下開采方式回收露天采場的掛幫礦。

礦區位于鐘姑背斜南端東翼，為鐘姑鐵礦田的主要組成部分。礦體賦存于輝長閃長巖與圍巖接觸帶的內帶及其附近。礦體呈似層狀、透鏡狀，向四周傾斜，北部傾角為40°-60°，南部較緩，尤其12-8勘探線間一部分礦體近于水平,礦體厚度10 m-140 m，平均厚度為60 m左右。

掛幫礦開采范圍為露天采場東部4號勘探線～青山河堤保護界線之間的礦體。該地段的礦體向東延伸，走向近似南北,開采范圍內-58 m-130 m之間各中段的礦體礦石儲量，共有礦石儲量649.19萬t。

1 工程概況

姑山采場掛幫礦-138 m巷道在掘至 152 m 處時，因巷道圍巖裂隙滲水不斷將圍巖軟弱夾層中的泥質物帶出產生滲透破壞，造成掌子面右側頂部塌方，坍塌量達250余m3，雖已對巷道采取了鋼結構的支護措施，但鋼結構已嚴重變形，采掘工作無法進行。

-138 m巷道圍巖滲水主要表現為基巖裂隙水，掌子面處最大涌水量約60 m3/h左右，主要沿掌子面右幫頂部塌方處及掌子面左幫頂部錨固孔涌出，涌水處已形成水柱。根據姑山礦已有的工程水文地質資料分析，滲透水來源主要為上覆第四系砂卵石層中的承壓水沿基巖裂隙向巷道滲漏所致。必須對巷道掌子面進行綜合治理。

2 截水防滲綜合治理技術

2.1 治理原則

針對姑山采場-138 m巷道掌子面的現場實際情況，確定如下截水防滲加固處理原則：

(1)先處理塌方，再巷道支護，后進行探水截水防滲加固治理。

(2)目前巷道掘進部位圍巖比較破碎，掌子面右幫軟弱夾層在滲水淘蝕下已坍塌，無法在巷道兩側刷幫擴幫，灌漿作業因孔口管無法固定而無法施工。為便于后續的灌漿和采礦施工作業，保證施工安全，須先期在巷道坍塌部位進行全斷面混凝土支護。

(3)巷道掌子面已沿巖體裂隙形成較為通暢的透水路徑，且裂隙水的補給來源面廣，為確保巷道在一定的掘進范圍內不再發生涌水塌方等事故，需進行探水截水防滲處理，在巷道掘進前方一定范圍內形成外圍帷幕注漿截水固結圈，確保在帷幕保護范圍內的采掘安全。

2.2 治理方案

先在巷道掌子面處對已發生變形部位的洞段進行鋼筋混凝土襯砌，混凝土采用C25強度等級，墻厚1 m，墻高與洞頂閉合，鋼筋兩層，直筋采用Ф25、橫筋Ф14、間距20 cm，混凝土保護層10 cm。保證巷道掌子面具備施工條件下再進行截水防滲灌漿施工。

當混凝土襯墻達到一定強度后，先進行掌子面右頂塌方處理。處理方案按充填固結并兼顧防滲要求進行，具體步驟：回填固結灌漿鉆孔施工→回填固結灌漿檢查孔施工→探水孔施工。施工時，具體灌漿工藝、材料應根據先導孔查明的鉆孔內涌水流量、壓力情況通過灌漿試驗確定。

3 工程施工

3.1 設備安裝

由于現場施工場地有限，根據施工現場的實際條件，在掌子面前安設一臺YGK-300坑道鉆機，先施工回填灌漿孔，再施工固結孔，最后施工檢查孔、探水孔。鉆機等需要經常移動的設備根據各孔位情況進行安裝調試，灌漿泵及制漿系統布置在鉆孔作業區后部。采用黑旋風泵對鉆孔進行灌注，不需要經常移動的水泥平臺腳手架、高速制漿機、攪拌機一次安裝調試完畢。

3.2 鉆孔施工

施工流程見圖1。

3.2.1 鉆孔布置

沿掌子面混凝土襯墻前巷道四周布置2圈回填固結灌漿孔，孔距1.5 m，排距2.5 m，第一圈靠混凝土襯墻布置，第二圈離混凝土襯墻2.5 m。回填灌漿孔編號分別為：GK1-1、GK1-2、GK1-3，其余為固結灌漿孔。回填固結灌漿孔施工完畢后，在掌子面中心布置檢查孔JC-1孔，見圖2。

回填固結灌漿孔及檢查孔施工完畢后，在巷道掘進前方布置1個探水孔，鉆孔編號為TS1-1孔。通過全孔取芯，用以準確判巖體的完整性程度、裂隙發育規律、充填物性狀，以便指導下一步的決策工作。

圖1 施工流程圖

圖2 回填、固結及探水孔布置示意圖

3.2.2 鉆孔施工

(1)各類孔位嚴格按照方案位置放樣定位，偏差不超過10 cm；

(2)孔深確保到達塌空區頂部為原則；

(3)探水孔開孔直徑Φ110 mm，鉆進至6 m后，埋設Φ108 mm孔口管，孔口管牢固埋設，確保涌水出現后能快速有效處理。

(4)各類孔斜應嚴格控制，終孔斜度應嚴格控制在2°以內。

(5)檢查孔、探水孔巖芯按序擺放，統一編號和編錄、照相。

(6)鉆孔遇涌水時，及時進行準確量測流量與壓力，并采取有效的灌漿封堵處理措施。

(7)檢查孔、探水孔壓水試驗壓力按涌水壓力+1 MPa進行，回填灌漿壓力按0.2 MPa-0.5 MPa，固結灌漿壓力按0.8 MPa-1.2 MPa進行。

(8)各類鉆孔、壓水、灌漿資料及時整理上報，供后續灌漿施工決策使用。

(9)檢查孔、探水孔施工：檢查孔、探水孔施工除滿足以上要求外，鉆探施工過程中還做好如下工作：進行全孔取芯，并做壓水試驗，壓水試驗按規范執行。對檢查孔、探水孔所取得的巖心擺放整齊，及時、準確地做好施工原始班報表記錄工作和地層巖心編錄工作。施工過程中發生的特殊情況如：鉆進速度突然加快或減慢，孔內漿液漏失等情況，斷層及破碎帶的厚度，及時做好記錄，并通知技術負責人。

3.3 壓水試驗

(1)壓水試驗壓力按涌水壓力+1 MPa進行。

(2)壓水試驗段長孔口段6 m，其余按10 m考慮。

(3)鉆孔、壓水、灌漿資料及時整理上報，供后續灌漿施工決策使用。

(4)鉆孔遇涌水時，及時進行灌漿。遇特殊情況不能及時灌漿，及時關閉止水閥。

3.4 灌漿

3.4.1 單排灌漿孔施工布置

根據鉆孔施工的先后次序先進行掌子面前塌方區域內的回填灌漿，再進行固結灌漿，然后進行回填固結檢查孔施工，最后施工探水孔。

3.4.2 灌漿材料

此次灌漿的目的是進行塌空區灌漿回填和圍巖裂隙截水防滲，主要灌注水泥-水玻璃漿液，主要材料為：水泥、外加劑等。

水泥：采用性能穩定、強度達42.5 MPa以上，質量符合要求的普通硅酸鹽水泥。

水：符合《混凝土用水標準》JGJ63-2006。

外加劑: 滿足穩定漿液配制和灌注要求。

3.4.3 灌漿方法

回填灌漿采用栓塞孔口止漿法，栓塞置入襯砌混凝土內。由于灌漿材料中需要加入速凝劑水玻璃，灌漿方法采用純壓式灌漿方法，灌漿管伸入塌落部位頂部，一次性連續灌注充填已架空的空隙。

固結灌漿采用栓塞孔口止漿法，栓塞置入襯砌混凝土內。灌漿方法采用純壓式灌漿方法，灌漿管下入孔底，一次性連續灌注。

探水孔灌漿采用孔口封閉自外而內分段純壓式灌漿方法。該方法一方面具有不埋塞、可對已鉆孔段的破碎巖體進行反復灌漿加固，有利于內部孔段的鉆孔灌漿施工，另一方面可根據孔內情況對涌水隨時實施灌漿封堵，即一旦鉆遇涌水，可立即采取灌漿處理；此外鉆孔外部巖體裂隙可反復得到灌注，堵水防滲效果可得到可靠保證。不足之處即增加了部分掃孔工作量、孔內灌漿工作管長、孔容有一定占漿消耗。

3.4.4 灌入量控制

為保證塌空區灌漿回填和圍巖裂隙截水防滲的有效形成，并為保證爆破松動圈以外帷幕幕體不受爆破破壞，本工程灌入量不受限制，應盡可能灌入水泥-水玻璃漿液，完成的工程量見表1。

表1 主要工程量表

3.4.5 結束標準

回填灌漿孔：灌漿壓力及結束標準：Ⅰ序孔灌漿壓力達到0.2 MPa，Ⅱ序孔灌漿壓力達到0.5 MPa便可結束灌漿，具體的灌漿壓力可根據現場施工時的實際情況進行調整，以不產生圍巖抬動和混凝土襯墻破壞變形為原則。

固結灌漿孔：灌漿壓力及結束標準：Ⅰ序孔灌漿壓力達到0.8 MPa，Ⅱ序孔灌漿壓力達到1.2 MPa便可結束灌漿，具體的灌漿壓力可根據現場施工時的實際情況進行調整，以不產生圍巖抬動和混凝土襯墻破壞變形為原則。

3.4.6 封孔

各個孔終孔灌漿完成后，將0.6：1的單液水泥漿液注滿全孔封孔。

3.5 工程質量

3.5.1 質量控制

建立關鍵質量控制點，編制了過程控制質量自檢的相關技術要求，根據現行防治水及注漿規范，對相應質量關鍵點均控制嚴密。

3.5.2 質量評價

(1)全部鉆孔灌漿經過質量檢查100%符合設計要求， 質量合格。

(2)單位灌入量第一圈Ⅰ序孔1197.9 kg/m，Ⅱ序孔1274.3 kg/m，第二圈Ⅰ序孔236.7 kg/m，Ⅱ序孔216.7 kg/m，從圈數上看，第一圈>第二圈孔，從序次上看，Ⅰ序>Ⅱ序，符合逐排、逐序遞減的正常規律。從統計情況表明，灌漿質量良好。

(3)灌漿過程中，各序孔的孔內涌水量降低明顯，從回填孔GK1-3全孔涌水量26.0 m3/h逐漸降低到檢查孔JC-1孔全孔0.2 m3/h，部分后續施工的上部孔，如GK2-7 、GK2-8、GK2-10等孔，全孔鉆孔完畢后基本無涌水現象，這充分表明通過先灌孔灌漿后塌方區域逐步被回填固結形成整體防滲帷幕，不斷地封堵塌方區域中大的漏水途徑，通過后序孔灌漿的閉合，帷幕防滲功能不斷加強，最終保證了帷幕的整體形成。

(4)檢查孔JC-1鉆孔深度為10. 0 m測得全孔涌水量0.2 m3/h，檢查孔壓水試驗透水率q=4.32Lu，檢查孔合格率達到100%，達到了防滲質量標準：灌后巖體透水率≤5Lu。

(5)開挖效果，巷道掌子面已坍塌部位不再坍塌，回填固結灌漿完成后掌子面處涌水量少于3 m3/h，巷道掌子面處能正常掘進作業。

4 結論

姑山采場掛幫礦-138平洞巷道掌子面回填固結探水防滲處理工程施工按治理方案要求完成。經過灌漿孔耗量分析和檢查孔壓水試驗、檢查孔涌水流量測量等多種檢測手段表明，防滲帷幕已經整體形成。

不同檢測方法表明，施工完成的塌空區域回填固結及圍巖裂隙內的防滲帷幕工程質量滿足規范要求，帷幕的防滲止水效果良好。塌方區注漿段巷道開挖15 m后巷道斷面殘余涌水量小于3 m3/h，達到了掌子面正常掘進作業要求。

[1] 中國礦業大學.井巷設計與施工[M].江蘇：中國礦業大學出版社，2004

[2] 董亞寧.定向預注漿在復雜富水斷層中的實踐[J].現代礦業，2011，3

[3] 董亞寧.復雜富水斷層截水防滲綜合治理[J].安徽冶金科技職業學院學報，2013.2

Anti-seepage Reinforcement and Control Technology ofRoadway Landslide Area in Soft Rock Stratum

DONG Ya-ning， WANG Bang-ce，CHEN Neng-ge

After comprehensivly analysing the hydrogeological of soft rock stratum of hanging wall ore above the roadway landslide area in Gushan Iron Mine, this paper proposed a comprehensive management technology with reinforced concrete and bricklaying , backfill grouting, consolidation grouting to ensure the roadway safely and reliably pass through the -138m landslide area in hanging wall ore of Gushan Iron Mine.

landslide； grouting；reinforcement

2013-12-20

董亞寧(1966-)，男，馬鋼集團礦業有限公司工程管理部，高級工程師，馬鋼一等津貼技術專家。長年從事礦井建設工作，在國內刊物發表論文多篇。

TD853：TU761.1+1

B

1672-9994(2014)01-0027-04