劉 杰，張小飛

（長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410019）

1 工程概況

箕斗井場地位于寶嶺向斜南翼，其間一逆斷層F38穿過，走向與寶嶺向斜一致，傾角為75°～80°。揭露地層主要為第四系坡殘積層（Qdl+el）上古生界石炭系下統(tǒng)壺天群（C1sh）、測水組（C1C）、梓門橋組（C1z），井筒在施工至標(biāo)高+292m、+208m、+104m、-240m、-250m、-296m、-365m位置出現(xiàn)了不同程度的涌水（最大涌水量180m3/h），進(jìn)行了十一次工作面的預(yù)注漿，井筒落底后，由于井筒涌水量較大，在標(biāo)高-326.4m～+269.6m段進(jìn)行了壁后注漿，最終實測井筒涌水量為4.33m3/h。本文以-250m工作面注漿為例說明化學(xué)漿液在礦井掘進(jìn)中的應(yīng)用。

2 前期施工情況說明

2.1 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)

井筒穿過此段礦層主要為砂巖、白云巖、灰?guī)r，巖性特征見表1：

表1 箕斗井-240m注漿段巖性描述表

據(jù)工勘資料顯示，白云巖、灰?guī)r為主要的含水層，且溶洞、裂隙、斷層發(fā)育，導(dǎo)水性強(qiáng)，是地表水與地下水直接聯(lián)系對施工影響較大。觀測鉆孔的簡易抽水試驗顯示，-246.94m～-248.52m段斷層破碎帶是導(dǎo)致井筒內(nèi)涌水增加的主要原因。

2.2 前期施工情況說明

因工勘報告表明-246.94m～-248.52m處有一斷層破碎帶，井筒掘進(jìn)至-237.6m時停止掘進(jìn)，在井底澆筑止?jié){墊對下部井筒進(jìn)行超前探水及工作面注漿，注漿高度為60m。經(jīng)過多次掃孔注漿發(fā)現(xiàn)，涌水量呈現(xiàn)水量小壓力大的特點，漿液注入量小，注漿效果差。經(jīng)分析巖層孔隙較小，采用普通水泥漿液和水泥-水玻璃漿液難以滿足堵水的需要。

2.3 改性脲醛樹脂漿材性能

脲醛樹脂類漿材作為化學(xué)封堵劑在礦井填堵、加固等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[1]，與水泥類漿材相比，其具有凝膠體強(qiáng)度高，漿液為流動性、滲透性好，凝膠時間可任意控制和調(diào)節(jié)，與巖體相互粘結(jié)性強(qiáng)，脈狀滲透面狀或扇狀擴(kuò)散為主，價格低廉（相對其余化學(xué)漿液）的優(yōu)點，在水泥水玻璃漿材未取得預(yù)期效果的基礎(chǔ)上可以起到良好的作用。

3 止?jié){墊施工

該段井筒前期已進(jìn)行過預(yù)注漿，但由于長期反復(fù)注漿探水導(dǎo)致原有止?jié){墊破損嚴(yán)重，無法達(dá)到封水效果。為保證注漿效果，確保安全通過該段含水層，確定鋪設(shè)新的止?jié){墊，實施以下方案。

3.1 鋪設(shè)濾水層

濾水層埋設(shè)兩排Φ50mm×3.5mm注漿管，接長3.5m，待后期對濾水層進(jìn)行注漿加固。濾水層上面應(yīng)保持平整，并鋪設(shè)一層防水雨布，以避免止?jié){墊澆筑時混凝土砂漿填充導(dǎo)致濾水層失效。

3.2 工作面排水

設(shè)置1個集水濾水桶（Φ500mm，高3.5m），桶體底部與原有止?jié){墊采用法蘭連接，桶體靠底部200mm段加工若干Φ30mm濾水孔，桶體上口采用法蘭片形悶蓋加墊片用螺栓固定；采用潛水泵，將濾水桶內(nèi)的工作面涌水排至井口。

3.3 澆筑止?jié){墊

止?jié){墊選用平底型止?jié){墊，注漿終壓為12MPa，混凝土強(qiáng)度等級為C30。

依據(jù)《建井工程手冊》（第四卷）中相關(guān)規(guī)定計算：

式中：Bn—止?jié){墊厚度，m；P0—注漿終壓，MPa；r—井筒半徑，m；[σ]—混凝土允許抗壓強(qiáng)度，MPa；fc—28d混凝土極限抗壓強(qiáng)度值，MPa；K—安全系數(shù)，一般為2～3；

安全系數(shù)取為2，經(jīng)計算止?jié){墊厚度為3m；考慮止?jié){墊下部設(shè)有濾水層0.5m厚，注漿密實后可與止?jié){墊聯(lián)合承載，故止?jié){墊厚度按3m設(shè)計。止?jié){墊需要與礦井壁緊密連接，澆筑前應(yīng)對已成型井壁進(jìn)行打毛處理，并用高壓清水進(jìn)行沖洗。澆筑期間應(yīng)及時排除工作面積水。止?jié){墊澆筑好應(yīng)養(yǎng)護(hù)7天方能進(jìn)行鉆孔施工。

3.4 接縫注漿

止?jié){墊養(yǎng)護(hù)好后實施濾水層注漿及止?jié){墊接縫注漿，注漿材料選用水泥漿和水泥～水玻璃雙液漿。

4 注漿設(shè)計參數(shù)的確定

注漿設(shè)計主要要確定注漿材料、注漿壓力、有效擴(kuò)散半徑、漿液配比、注漿孔布置、預(yù)期效果等。

（1）漿液的選擇。該段礦井巖性中普通水泥漿可注性較差，有效擴(kuò)散半徑小，因此采用改性脲醛樹脂化學(xué)漿進(jìn)行灌注為主，如具備水泥漿灌注條件，則盡量采用水泥漿。選用鄒平縣魯明樹脂廠生產(chǎn)的MJ-1型改性脲醛樹脂。

（2）漿液配比。改性脲醛樹脂的配方按漿液初凝時間3min～5min，終凝時間15min～20min，凝膠時間主要受控于脲醛樹脂（A液）與酸性固化劑（B液）的體積比，需要采用注漿泵按照一定的比例（A:B=3:1～4:1）進(jìn)行注漿。注漿過程中可以根據(jù)漿液在注漿體內(nèi)滲透擴(kuò)散情況及時調(diào)節(jié)比例以控制漿液的凝膠時間。

（3）注漿孔參數(shù)。鑒于本段井筒地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，礦石破碎、涌水量大、裂隙發(fā)育且縱橫交錯連通，注漿孔深度為60m，設(shè)16個，布置沿距既有井壁內(nèi)側(cè)0.3m環(huán)向布置，布孔圈徑為3.9m，孔間距0.6m。施工時先施工單號孔，后實施雙號孔，雙號孔兼做檢查孔作用。待16個孔注漿鉆孔施工完成后，再在距井筒中心1m處實施兩個檢查孔，用以檢查注漿效果并作補(bǔ)充注漿。注漿孔外插角6°～7°，可滿足注漿孔孔底距荒徑3.0m要求。

（4）預(yù)期注漿效果。堵水率85%～90%，檢查孔殘余水量小于1m3/h。

5 結(jié)論

本次注漿時間45d，這一階段共鉆孔掃孔2120m，消耗水泥11.65t，水玻璃6920kg，脲醛樹脂漿液A液92.425t，B液350kg，確保了每個注漿孔深度都達(dá)到了60m。經(jīng)檢查孔檢查發(fā)現(xiàn)，涌水量在1m3/h以下，達(dá)到了設(shè)計要求。注漿結(jié)束后進(jìn)行掘砌施工揭露注漿段巖層裂隙非常發(fā)育，裂隙中充填注漿結(jié)石體，未見明顯出水點。

礦井掘進(jìn)中對于處理水壓高裂隙小的巖層，在普通水泥漿和水泥～水玻璃漿液無法滿足注漿效果時，應(yīng)及時調(diào)采用安全可靠的化學(xué)漿液，如本例中改性脲醛樹脂材料，可以保證注漿效果，保證施工安全，縮短礦井的建設(shè)工期。