張作禮

(山東亨達煤業(yè)有限公司，山東 寧陽 271400)

0 引言

我國是世界上煤炭產量最多的國家之一，作為工業(yè)化及人類生存主要的能源基礎，煤炭資源在國民經濟中占據著重要的地位。然而近年來，雖然我國政府一直在強調和重視煤炭企業(yè)的安全生產問題，并逐年加大對礦井安全設施的投資，但是仍然無法避免的出現(xiàn)各類安全事故，而使得煤礦安全問題越來越受到廣大礦山科技工作者的關注[1-4]。透水事故是煤礦安全生產的主要隱患之一，在煤礦生產等一些過程中，經常會遇到松軟地層、構造斷面、破碎帶等的影響而遭受地下水透水事故的威脅，尤其是地下開采煤礦的主井若發(fā)生透水事故，不僅造成生命威脅，也會帶來巨大的經濟損失[5-10]。注漿技術采用了灌漿、防滲、堵水、加固等技術，成為治理地下水害和加固軟弱地層的首選技術。在礦山開采，水利水電，冶金等許多行業(yè)得到廣泛應用，特別在煤礦安全生產的建設中，其廣泛性更為明顯。

該文在施工的角度，對菏澤茅莊煤礦主斜井的高噴灌漿防滲加固工作的應用予以說明，以期能為相關研究、生產工作提供一定的施工思路。

1 工程概況

菏澤茅莊煤礦隸屬于山東亨達煤業(yè)有限公司，地處泰安市寧陽縣堽城鎮(zhèn)茅莊工業(yè)園區(qū)。該礦技術改造后新建主斜井，位于工業(yè)場地內西南角。為避開現(xiàn)有的采空區(qū)，主斜井以12°傾角落至-70m水平，通過煤倉與現(xiàn)有膠帶巷連接，實現(xiàn)煤流運輸連續(xù)化；該主斜井凈寬3.2m，凈高3.2m，直墻半圓拱斷面，凈斷面9.1m2，傾角12°，斜長667m，裝備800mm帶式輸送機，擔負礦井的主提升任務，兼做進風井和安全出口，以滿足全礦井技改后的煤炭提升要求。由于主斜井穿越含水量十分豐富的流砂地層(表1)，需對(0+27.0)m～(0+111.0)m段進行高噴灌漿防滲與加固。

2 旋噴樁施工設計和施工方法

2.1 旋噴樁施工設計及工作量

該工程主斜井明挖段0～27.0m，旋噴段27.0～111.0m。旋噴段周邊為止水帷幕旋噴樁，樁徑1000mm，孔距800mm，孔深18.6m，旋噴樁底進入風化層2m。在27～56.6m段樁頂距地面4.0m，噴射段長14.6m；在56.6～111.0m段，樁頂距地面5.0m，樁長13.6m。在86.0～111.0m段，斜井頂部為一層松散的粗砂層，為了保證此段斜井的安全順利施工，此段進行旋噴樁加固，在止水帷幕內布置8排旋噴樁，排距82.2mm，孔距80mm。加固旋噴樁底部進入風化層1.0m，樁長5.0m，樁徑1000mm。旋噴樁平面示意圖及總平面布置圖1、圖2所示。

表1 旋噴樁施工主要涉及地層

圖1 旋噴樁平面示意圖

圖2 旋噴樁總平面示意圖

該工程設計施工工程量為：①防滲旋噴樁孔數(shù)約232根，鉆孔工程量約為4315.2m，高壓旋噴樁工程量約為3448.1m。(82孔×14.6m/孔+150孔×13.6m/孔+210.9m=3448.1m，210.9m為復噴工程量)。②旋噴樁水平加固體約248孔，鉆孔約4364.8m，旋噴樁加固工程量約1240.0m。③降水檢查孔4個井，鉆孔工程量約70.4m(17.6m/個×4個=70.4m)。

2.2 施工方法和工藝

2.2.1 施工方法

采用新二管法高壓噴射灌漿進行施工，新二管法高壓噴射灌漿是以大于30MPa的高壓水泥漿射流通過Φ1.8m的噴嘴噴出，水泥漿射流四周以壓縮空氣加以保護，隨著噴管的旋轉與提升，高壓水泥漿射流沖切破壞土體，同時漿射流的能量較大，將水泥漿與土體摻攪形成樁體；壓縮氣也起到升揚置換的作用，使切割的部分土體從孔口冒出，水泥漿與砂土混合固結后，形成所需要加固體。新二管法的主要優(yōu)點在于它比老二管法壓力大、流量大、能量大、樁徑也較大，相對于三管法它直接用水泥漿切削地層，削除了高壓水對水泥漿的稀釋，節(jié)約了水泥從而也保證了成樁質量，減少了廢漿的排放。新二管法施工比三管法及老二管法有著無可比擬的優(yōu)越性，新二管法在長江三峽、長江堤防、全國多處大中型水庫，各處船塢、碼頭等工程中成功運用，均取得良好的效果。

2.2.2 施工工藝

高壓噴射灌漿施工各個環(huán)節(jié)密切合作，才能達到質量要求，施工時高噴孔分兩序進行，先進行Ⅰ序孔施工，再進行Ⅱ序孔施工。施工過程主要包括以下幾個方面：

(1)定孔位、復核：嚴格按照設計放樣定孔位，其誤差不大于2cm，并用木樁固定。在高噴灌漿軸線拐彎處應設固定樁，同時在施工軸線5～10m范圍設控制樁?？孜欢ㄍ旰蠹皶r復核，避免有誤。

(2)鉆孔：成孔直徑130mm，鉆孔深度以設計標高控制。鉆機開鉆前必須先進行鉆機找平，鉆進時發(fā)現(xiàn)鉆機傾斜，則停機找平后再開鉆。鉆進過程中，遇到異常情況及時查明原因，采取相應措施，對地層變化、顆粒大小、硬度等要詳細記錄，鉆孔結束后，由技術人員進行質量檢查，合格后方可移位進行下一個孔的鉆進。

(3)下噴射管：檢查各項工藝參數(shù)符合設計要求后將噴射管下至設計深度，進行高噴灌漿施工。

(4)制漿：水泥漿液在噴射作業(yè)前1h內，按設計配比進行漿液攪制，使用普通攪漿機攪制時間不少于180s，漿液比重控制在1.45～1.55之間，在制漿過程中應隨時測量漿液比重。純水泥漿攪拌存放時間不超過2.5h漿液溫度應保持在5～40℃。每孔高噴灌漿結束后要統(tǒng)計該孔的材料用量。

(5)噴射提升：當噴射管下至設計深度，開始送入符合要求的漿、氣，待注入漿液冒出孔口時，按設計的提升方式及速度自下而上提升，直至提升到設計的終噴高程停噴。

(6)回灌：噴射結束后，隨即在噴射孔內進行靜壓充填灌漿，直到漿面不再下沉為止，保證高噴防滲墻固結后墻體質量和墻頂標高，回灌漿液一般采用鄰孔高噴冒漿靜壓充填。

3 結語

(1)在主斜井穿越粗砂層(流砂層)段進行高壓旋噴灌漿防滲與加固，大大減少了粗砂層的滲水量，通過對流砂的加固固結大大減少了流砂的流動，為主斜井在流砂地層的施工創(chuàng)造了十分有利的條件，保證了主斜井在流砂地層的快速、安全施工。

(2)新二管法高壓噴射灌漿通過高壓水泥漿液和環(huán)繞在其周圍的高壓氣沖切破壞土體，形成樁體，其樁徑、長度和形狀是可控的，解決了其他灌漿(如壓密灌漿、超前小導管灌漿等)在軟土地層中不可控的問題，高壓噴射灌漿是人們在軟土地層中構筑防滲體和加固體的一種十分先進的工藝。

(3)高壓噴射灌漿旋噴樁在該工程中承擔防滲、加固兩種作用，高壓噴射灌漿施工具有經濟合理、施工速度快的特點。該工藝的成功實施為類似工程的施工提供了經驗。

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