孟慶才

(西山煤電(集團(tuán))公司 東曲礦，山西 古交 030200)

注漿法是在礦山等地下工程封水、加固中最常用的方法。從注漿技術(shù)的應(yīng)用來看，目前，對于土木工程領(lǐng)域注漿技術(shù)幾乎做到全覆蓋，包括礦山、水電、煤炭、隧道、地鐵、交通、建筑等各個(gè)方面。注漿技術(shù)是水害治理最常用、最有效的技術(shù)，注漿的本質(zhì)是把黏稠的漿液采用灌漿設(shè)備灌注到被注巖土體的空隙中，來增大巖土體結(jié)構(gòu)的完整性、減小其滲透特性，進(jìn)而起到加固、減滲的工程目的。本次研究將以西山煤電(集團(tuán))公司東曲礦排矸斜巷過含水層預(yù)注漿為例，介紹注漿法在類似工程中的應(yīng)用方式［1-4］。

1 工程概況

東曲礦排矸斜巷下俯25°，掘進(jìn)至115 m，接近L1 灰?guī)r層頂部位置時(shí)，掘進(jìn)迎頭底板位置出現(xiàn)大量涌水現(xiàn)象，涌水總量40 m3/h，呈相對集中出水狀態(tài)。排矸斜巷掘?qū)挕辆蚋邽?.2 m ×3.2 m，涌水后在迎頭工作面底板正前位置布置了2 個(gè)探水孔，鉆進(jìn)2 m時(shí)，鉆孔又出現(xiàn)大量涌水，工作面涌水量達(dá)到65 m3/h。根據(jù)地質(zhì)資料，L1 灰?guī)r層含水豐富，局部巖溶、裂隙發(fā)育，透水性較強(qiáng)，均厚5 ～6 m，為8#煤層直接頂板。工作面大量涌水導(dǎo)致了掘進(jìn)面停工，為保證掘進(jìn)工作面順利通過L1 灰?guī)r含水層，決定對其含水層進(jìn)行預(yù)注漿治理。

2 治理的總體思路

對于未揭露含水層采用預(yù)注漿法進(jìn)行治理，總體的思路為布設(shè)若干注漿孔，通過大量的灌漿在巷道的周圍形成防水帷幕?？紤]到本工程的實(shí)際情況，在預(yù)注漿前還需進(jìn)行如下工作:目前工作面底板有無序的涌水現(xiàn)象，先采用導(dǎo)水管把無序的涌水集中到孔口管內(nèi)，若涌水點(diǎn)導(dǎo)水管無法插入，可采用短鉆集水的方法進(jìn)行［5］。

由于掘進(jìn)迎頭已接近含水層，預(yù)注漿前必須先對已掘段接近含水層的位置進(jìn)行注漿，防止含水層水源竄流。治理的基本原理見圖1。

3 治理鉆孔設(shè)計(jì)

3.1 底板加固鉆孔

共布設(shè)3 排底板加固鉆孔，第一排位于迎頭位置，后續(xù)兩排依次退后2.0 m，每排孔3 個(gè)，間距1.5 m 左右，各孔設(shè)計(jì)深度5.0 m，均成豎直布置。

各孔均采用d108 mm 鉆頭開孔1.2 m，安裝d89 mm 孔口套管1.0 m，采用水泥-水玻璃雙液漿固管，固管穩(wěn)定后采用d75 mm 鉆頭成孔。成孔過程中，要密切關(guān)注鉆孔涌水情況，一旦鉆孔出現(xiàn)持續(xù)涌水達(dá)10 m3/h，即停鉆注漿。底板加固鉆孔布設(shè)示意圖見圖2。

圖1 治理方案設(shè)計(jì)原理圖

圖2 底板加固鉆孔布設(shè)示意圖

3.2 帷幕鉆孔設(shè)計(jì)

帷幕注漿孔成排狀布設(shè)，共布置5 排，每排3 個(gè)，共15 個(gè)注漿孔，各孔的開孔位置及鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)見圖3。各孔鉆進(jìn)深度要求穿過含水層。

圖3 帷幕孔布設(shè)示意圖

各孔均采用d108 mm 鉆頭開孔2.5 m，安裝d89 mm 孔口套管2.0 m，采用水泥-水玻璃雙液漿固管，固管穩(wěn)定后采用d75 mm 鉆頭成孔。成孔過程中，要密切關(guān)注鉆孔涌水情況，一旦鉆孔出現(xiàn)持續(xù)涌水達(dá)30 m3/h，即停鉆注漿。待漿液固化后，原位套孔延伸，當(dāng)涌水量達(dá)30 m3/h 時(shí)，則停鉆注漿，重復(fù)以上步驟直至穿過灰?guī)r層，則本孔注漿完成。

4 注漿參數(shù)設(shè)計(jì)

4.1 注漿順序

對于底板加固孔注漿采用逐漸向迎頭推進(jìn)的順序，即先施工距迎頭較遠(yuǎn)的孔，按從后向前的順序，對于同一排孔則采用由兩邊到中間的順序［6］。

對于帷幕孔則采用間隔施工的方式，即所有鉆孔分為兩個(gè)大輪次，分別為奇數(shù)號、偶數(shù)號孔。先施工奇數(shù)號孔，待所有奇數(shù)號孔施工完成再施工偶數(shù)號孔。在進(jìn)行偶數(shù)號孔施工時(shí)，檢查奇數(shù)號孔的注漿效果的同時(shí)，可以補(bǔ)充注漿。

4.2 注漿壓力

據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，參照《建井工程手冊》，水泥-水玻璃漿液的注漿壓力由下式計(jì)算:

P1=P+(0.5 ～1.0)=1.35 ～1.85 MPa

P2=P+(1.0 ～1.5)=1.85 ～2.35 MPa

P3= P2+(0.5 ～1.0)=2.35 ～3.35 MPa

式中:

P1—注漿初壓，MPa;

P—靜水壓，MPa，取0.85;

P2—注漿正常，MPa;

P3—注漿終壓，MPa。

一般來講，注漿壓力可人為控制，應(yīng)由低向高逐漸過渡，在注漿開始的前幾個(gè)孔，注漿壓力要控制低一些，一次注漿達(dá)不到終壓而注入量較大時(shí)，可在低壓下結(jié)束注漿然后復(fù)注，直到本孔段達(dá)到終壓，然后封孔，因巖層的大中裂隙已被充塞，初期壓力較高，因此，注漿終壓通常要提高到1. 0 MPa，以保證注漿效果。

4.3 注漿材料

本工程為裂隙性灰?guī)r層的治理，灰?guī)r裂隙的張開度較大，裂隙之間溝通順暢，普通的水泥基漿液可滿足工程要求。設(shè)計(jì)采用純水泥漿及水泥-水玻璃雙液漿，漿液的配制見表1，2。

表1 單液水泥漿配制表

4.4 注漿量

注漿的最終目的是形成帷幕，形成的帷幕大致成圓柱體狀，其預(yù)計(jì)注漿量計(jì)算過程如下:

表2 雙液漿配制表

式中:

Q—注漿量，m3;

λ—漿液耗損系數(shù)，取1.2;

n—被注巖層的孔隙率，取10%;

η—空隙的漿液充填率，取80%;

v—被注巖層的體積，m3，v =3.14 ×132×5.5 =2 918 m3。

則通過計(jì)算本工程預(yù)計(jì)消耗漿液280 m3。

5 實(shí)際治理效果

嚴(yán)格按照工程設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，底板加固孔注漿的過程中底板跑漿嚴(yán)重，采用純水泥漿與雙液漿相結(jié)合，且逐漸延伸鉆孔的方式，最終完全封堵了原底板的滲水，共消耗純水泥漿30 m3，水泥-水玻璃雙液漿12 m3。帷幕孔首輪奇數(shù)號孔鉆孔的涌水量及注漿量均較大，二輪偶數(shù)號孔各孔的涌水量明顯小于首輪孔，部分鉆孔甚至出現(xiàn)0 涌水的現(xiàn)象，說明首輪奇數(shù)號孔的注漿已經(jīng)達(dá)到了治理目的，帷幕注漿共消耗純水泥漿205 m3，水泥-水玻璃雙液漿15 m3，其中，首輪奇數(shù)號孔消耗水泥漿180 m3。

注漿結(jié)束待漿液充分固化后，巷道即恢復(fù)掘進(jìn)。掘進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)漿液對裂隙的充填較為密實(shí)，沒有發(fā)生集中出水的現(xiàn)象，僅殘存微量的滲水現(xiàn)象，總水量＜1 m3。由此說明注漿達(dá)到了預(yù)期效果，同時(shí)也說明注漿法完全適用于類似工程問題的解決。

［1］ 鄺健政，昝月穩(wěn)，王 杰.巖土注漿理論及工程實(shí)例［M］.北京:科學(xué)出版社，2001:42 -44.

［2］ 郭啟文.煤礦重大水害快速治理技術(shù)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2005:76 -77.

［3］ 坪井直道.化學(xué)注漿法的實(shí)際應(yīng)用［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1980:35 -36.

［4］ 王國際.注漿技術(shù)理論與實(shí)踐［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2000:102 -103.

［5］ 錢自衛(wèi)，馬保明，姜振泉，等.斜井二次涌水原因分析及注漿治理措施［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2012，39(2):9 -11.

［6］ 吳慧蕾，錢自衛(wèi)，馬保明.斜井過向斜構(gòu)造涌水原因分析及治理［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，39(8):26 -29 +34.