（韓城礦業(yè)公司下峪口煤礦, 陜西 韓城 715405）

下峪口礦皮帶平硐一標(biāo)段全砂層巷道注水玻璃加固技術(shù)研究

李永革 金錫鍵

（韓城礦業(yè)公司下峪口煤礦, 陜西 韓城 715405）

下峪口礦產(chǎn)業(yè)升級(jí)改造項(xiàng)目皮帶平硐一標(biāo)段處于全砂層地質(zhì)條件中，通過采用注水玻璃加固技術(shù)使得巷道安全穿越了地面建筑物密集區(qū)域，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為該礦在本地區(qū)同類地質(zhì)條件下礦山建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

全砂層巷道;水玻璃;注漿加固;超前支護(hù)

1 概述

下峪口礦產(chǎn)業(yè)升級(jí)改造項(xiàng)目井巷工程主皮帶平硐設(shè)計(jì)長度為4270米（不含輔助巷道），皮帶平硐一標(biāo)段工程全長為1612米，根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料該標(biāo)段處于全砂層地質(zhì)條件中，且巷道穿越區(qū)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(jìn)過程中曾出現(xiàn)工作面嚴(yán)重漏砂冒頂，造成地面建筑出現(xiàn)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(huì)影響和經(jīng)濟(jì)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(xué)巖土工程研究所科研成果的基礎(chǔ)上，采用注水玻璃對(duì)砂層進(jìn)行超前加固，取得了良好的效果。

2 注水玻璃加固機(jī)理

水玻璃是一種水溶性硅酸鹽，其粘結(jié)力強(qiáng)，強(qiáng)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(xiàn)象的發(fā)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(dǎo)管周圍的砂體膠凝成直徑為20～35cm結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高的砂柱，采用全斷面小導(dǎo)管超前注漿將硐室周圍松軟砂土體預(yù)先加固，形成支護(hù)殼體，起到超前支護(hù)作用。其適用于自穩(wěn)時(shí)間很短或無自穩(wěn)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(dǎo)管超前注漿施工簡單且注漿時(shí)間短，可達(dá)到加固、防滲、堵漏的目的，大大降低了開挖時(shí)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(duì)地表建筑物的危害。

3 注漿加固工藝及技術(shù)參數(shù)

3.1 注漿加固工藝

超前小導(dǎo)管注漿加固技術(shù)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(dǎo)管，然后以一定的壓力沿小導(dǎo)管注入漿液的加固技術(shù)。

3.2 注漿技術(shù)參數(shù)

3.2.1 鉆孔

鉆孔采用風(fēng)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(qū)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(shí)應(yīng)隔兩個(gè)孔位注漿。

合理的注漿孔間距應(yīng)使兩鉆孔間的砂體在設(shè)計(jì)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(kuò)散加固體的直徑，根據(jù)西安建筑科技大學(xué)巖土研究所室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場砂層注漿試驗(yàn)結(jié)果，最大的擴(kuò)散半徑為35cm，因而鉆孔間距取為30cm，全斷面布孔63個(gè)。

3.2.2 注漿量的計(jì)算

注漿選用水玻璃漿液，波美度39，凝膠時(shí)間13～15分鐘，其參數(shù)要求是：水玻璃模數(shù)3.27; Cacl2溶液濃度為25%，Cacl2與水的質(zhì)量比為1:3 。CaCl2、水、水玻璃的質(zhì)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(jù)注漿孔距，漿液有效擴(kuò)散直徑按350mm計(jì)算。如果砂層密度發(fā)生變化，在保持原注漿壓力的情況下，注漿擴(kuò)散半徑將會(huì)擴(kuò)大，及時(shí)調(diào)整相關(guān)參數(shù)。

根據(jù)現(xiàn)場所取的砂樣計(jì)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(kuò)散半徑，m

L—注漿段長，m，

η—砂層孔隙率

K—修正系數(shù)，與漿液、砂層的種類、充填率和漿液消耗有關(guān)，一般1.1～1.3，本設(shè)計(jì)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(yīng)根據(jù)地層條件計(jì)算，然后由試驗(yàn)具體確定，根據(jù)該標(biāo)段砂層的密度，含水率、空隙率及現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)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(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。注漿系統(tǒng)應(yīng)作耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)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(duì)注漿質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，注水玻璃加固后，原工作面及其拱頂松散的砂體膠結(jié)為整體，形成超前支護(hù)的殼體，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高，開挖過程中無漏砂現(xiàn)象，基本上杜絕了冒頂現(xiàn)象及地面建筑物墻體開裂和不均勻沉降；同時(shí)作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)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(dòng)壓力轉(zhuǎn)變?yōu)樾巫儔毫?，減小了變形，進(jìn)一步保證了巷道圍巖及支護(hù)體的穩(wěn)定。

結(jié)語

（1）為了解決全砂層巷道掘進(jìn)過程中漏砂冒頂?shù)膯栴}，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(shù)進(jìn)行超前支護(hù)。（2）按照合適的漿液比例進(jìn)行預(yù)加固，砂體強(qiáng)度要比原砂樣的強(qiáng)度提高，結(jié)構(gòu)性較強(qiáng)，開挖過程中無漏砂現(xiàn)象，基本上杜絕了冒頂現(xiàn)象及地面建筑物墻體開裂和不均勻沉降，按實(shí)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(hù)結(jié)構(gòu)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(dòng)壓力轉(zhuǎn)變?yōu)樾巫儔毫?，減小了變形，進(jìn)一步保證了巷道圍巖及支護(hù)體的穩(wěn)定。（4）通過采用注水玻璃加固技術(shù)使得巷道安全穿越了地面建筑物密集區(qū)域，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為該礦在本地區(qū)同類地質(zhì)條件下礦山建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

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

[2]王永?。洏O不穩(wěn)定煤層合理采放煤工藝分析[J]．煤炭工程，2002（8）．

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