下峪口礦皮帶平硐一標段全砂層巷道注水玻璃加固技術研究

（韓城礦業公司下峪口煤礦, 陜西 韓城 715405）

下峪口礦皮帶平硐一標段全砂層巷道注水玻璃加固技術研究

李永革 金錫鍵

（韓城礦業公司下峪口煤礦, 陜西 韓城 715405）

下峪口礦產業升級改造項目皮帶平硐一標段處于全砂層地質條件中，通過采用注水玻璃加固技術使得巷道安全穿越了地面建筑物密集區域，取得了良好的技術經濟效益和社會效益，為該礦在本地區同類地質條件下礦山建設奠定了基礎。

全砂層巷道;水玻璃;注漿加固;超前支護

1 概述

下峪口礦產業升級改造項目井巷工程主皮帶平硐設計長度為4270米（不含輔助巷道），皮帶平硐一標段工程全長為1612米，根據地質鉆孔資料該標段處于全砂層地質條件中，且巷道穿越區域地面建筑物密集，建筑物與巷道頂板法線距離較近，巷道掘進過程中曾出現工作面嚴重漏砂冒頂，造成地面建筑出現大量裂縫及不均勻沉降，影響其正常使用，造成較為惡劣的社會影響和經濟損失。因此，尋找安全可靠的砂層加固方案顯得尤為重要，在西安建筑科技大學巖土工程研究所科研成果的基礎上，采用注水玻璃對砂層進行超前加固，取得了良好的效果。

2 注水玻璃加固機理

水玻璃是一種水溶性硅酸鹽，其粘結力強，強度較，高耐酸堿性高，常作為建筑材料使用。在該砂層巷道中為了防止漏砂冒頂現象的發生，將水玻璃和氯化鈣溶液交替壓注到工作面前方的砂層中，生成的硅酸凝膠使注漿小導管周圍的砂體膠凝成直徑為20～35cm結構強度較高的砂柱，采用全斷面小導管超前注漿將硐室周圍松軟砂土體預先加固，形成支護殼體，起到超前支護作用。其適用于自穩時間很短或無自穩能力的砂層、砂卵（礫）石層、斷層破碎帶、軟弱圍巖淺埋和處理塌方等地段。小導管超前注漿施工簡單且注漿時間短，可達到加固、防滲、堵漏的目的，大大降低了開挖時的漏砂冒頂以及片幫，有效地控制地層的下沉，從而減少了地表的沉降量及對地表建筑物的危害。

3 注漿加固工藝及技術參數

3.1 注漿加固工藝

超前小導管注漿加固技術是沿開挖巷道到或地下工程外輪廓線以一定的角度打入（或鉆孔插入）帶花孔的小導管，然后以一定的壓力沿小導管注入漿液的加固技術。

3.2 注漿技術參數

3.2.1 鉆孔

鉆孔采用風煤鉆施工，直徑42mm，孔深3.5～4.0m。其中拱頂周邊孔的深度為4.0m，鉆孔的傾角為10o±2o，拱頂三區孔的深度為3.5m,鉆孔傾角為15o±2o，工作面的孔深為4.0m,鉆孔的傾角為10o±2o。為防止注漿過程中，水玻璃漿液及氯化鈣溶液沿著相鄰孔中流失，注漿時應隔兩個孔位注漿。

合理的注漿孔間距應使兩鉆孔間的砂體在設計的注漿量及注漿壓力下得到較好的加固，因此合理的孔間距取決于注漿后注漿擴散加固體的直徑，根據西安建筑科技大學巖土研究所室內試驗及現場砂層注漿試驗結果，最大的擴散半徑為35cm，因而鉆孔間距取為30cm，全斷面布孔63個。

3.2.2 注漿量的計算

注漿選用水玻璃漿液，波美度39，凝膠時間13～15分鐘，其參數要求是：水玻璃模數3.27; Cacl2溶液濃度為25%，Cacl2與水的質量比為1:3 。CaCl2、水、水玻璃的質量比為1:3:10。注漿順序：水玻璃Na2SiO3（加10%熱水）→ CaCl2水溶液（加速凝劑）。

根據注漿孔距，漿液有效擴散直徑按350mm計算。如果砂層密度發生變化，在保持原注漿壓力的情況下，注漿擴散半徑將會擴大，及時調整相關參數。

根據現場所取的砂樣計算砂層的平均密度為1.82 g/cm3,孔隙率為0.365，每孔的注漿量為：Q=KπR2Lη=1.2×3.14× 0.352÷4×5.0×0.365=0.211 m3

式中：R—漿液擴散半徑，m

L—注漿段長，m，

η—砂層孔隙率

K—修正系數，與漿液、砂層的種類、充填率和漿液消耗有關，一般1.1～1.3，本設計取1.2。

雙液法按照水玻璃和氯化鈣溶液各占一半，則水玻璃每孔注漿量為0.11 m3，氯化鈣溶液亦為0.11 m3。

3.2.3 注漿壓力和流量

合理的注漿壓力一般應根據地層條件計算，然后由試驗具體確定，根據該標段砂層的密度，含水率、空隙率及現場試驗結果，確定注漿壓力范圍為，正常壓力為0.2～0.65MPa，注漿終壓為0.6～0.9MPa，以現場試驗數據為準。注漿系統應作耐壓試驗，試驗壓力一般不低于1.2～1.5倍的注漿終壓，并維持10～15分鐘不泄壓。注漿流量一般為10～15L/min，最大不宜超過20 L/min。

3.3 注水玻璃加固效果

通過開挖對注漿質量進行檢驗，注水玻璃加固后，原工作面及其拱頂松散的砂體膠結為整體，形成超前支護的殼體，結構強度較高，開挖過程中無漏砂現象，基本上杜絕了冒頂現象及地面建筑物墻體開裂和不均勻沉降；同時作用在支護結構上的初期圍巖壓力比采用注水玻璃加固砂層之前減小，圍巖壓力由最初的松動壓力轉變為形變壓力，減小了變形，進一步保證了巷道圍巖及支護體的穩定。

結語

（1）為了解決全砂層巷道掘進過程中漏砂冒頂的問題，避免地面建筑物的開裂及不均勻沉降，采用注水玻璃的技術進行超前支護。（2）按照合適的漿液比例進行預加固，砂體強度要比原砂樣的強度提高，結構性較強，開挖過程中無漏砂現象，基本上杜絕了冒頂現象及地面建筑物墻體開裂和不均勻沉降，按實際施工情況可滿足工程需要。（3）注水玻璃加固后，作用在支護結構上的初期圍巖壓力比采用注水玻璃加固砂層之前減小，圍巖壓力由最初的松動壓力轉變為形變壓力，減小了變形，進一步保證了巷道圍巖及支護體的穩定。（4）通過采用注水玻璃加固技術使得巷道安全穿越了地面建筑物密集區域，取得了良好的技術經濟效益和社會效益，為該礦在本地區同類地質條件下礦山建設奠定了基礎。

[1]趙振中，宋順，郭旭華，曾維勇．鄭州礦區三軟煤層底板注漿加固技術[J]．煤炭科學技術，2007,35（5）．

[2]王永健．三軟極不穩定煤層合理采放煤工藝分析[J]．煤炭工程，2002（8）．

TD26

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