楊萬(wàn)召，陳思如，張京濤

工作面預(yù)注漿技術(shù)在大斷層含水破碎帶中的應(yīng)用

楊萬(wàn)召1，陳思如2，張京濤1

(1.山東黃金集團(tuán)焦家金礦，山東 萊州縣 261441；2.山東黃金集團(tuán)新城金礦，山東 萊州縣 261441)

焦家金礦某巷道施工過(guò)程中，為了使巷道安全順利通過(guò)大涌水、巖石破碎地段，現(xiàn)場(chǎng)采用了工作面預(yù)注漿和化學(xué)注漿等一系列的關(guān)鍵技術(shù)工藝，節(jié)省排水和支護(hù)費(fèi)用60萬(wàn)元/a，解決了大斷層破碎帶涌水問(wèn)題，避免了巷道與深部裂隙水貫通，也解決了在復(fù)雜水文地質(zhì)條件下施工中掘進(jìn)工作中的不安全隱患，可為我國(guó)巷道工作面預(yù)注漿技術(shù)過(guò)大斷層含水破碎帶提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

工作面預(yù)注漿;大斷層;含水破碎帶;礦壓顯現(xiàn)

1 工程地質(zhì)水文情況

焦家金礦某巷道是連接焦家分礦和寺莊分礦兩個(gè)礦區(qū)的運(yùn)輸通道，該巷道巖石硬度系數(shù)=6～12，松散系數(shù)1.6，礦巖體重2.68 t/m3。在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，多次出現(xiàn)大范圍出水，在施工過(guò)程中曾出現(xiàn)300 m3/h大量出水，因?yàn)樵摰貐^(qū)未進(jìn)行地質(zhì)勘探，難以確定該區(qū)域的水文地質(zhì)情況，因此需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)勘[1]。

2017年8月20日，巷道迎頭周邊基本上沒(méi)有水，但在巷道后方多處出現(xiàn)淋水點(diǎn)。采用浮標(biāo)法測(cè)其整個(gè)巷道涌水量為500 m3/h。

2017年8月30日，迎頭水量增大，采用浮標(biāo)法水量為560 m3/h。隨著工程的掘進(jìn)水量有增大的趨勢(shì)。

根據(jù)施工前情況，該巷道巖溶和巖溶水發(fā)育異常。該巷道位于焦家分礦運(yùn)輸大巷，運(yùn)輸大巷承擔(dān)著整個(gè)焦家分礦深部礦毛運(yùn)輸，是整個(gè)礦山咽喉的部位。該巷道富水區(qū)大量排水將會(huì)引起焦家分礦運(yùn)輸癱瘓，排水費(fèi)用增大，施工難度增加，也可能引起局部人員財(cái)產(chǎn)損失。為了減少該巷道施工通過(guò)運(yùn)輸巷道及其周?chē)h(huán)境的影響。針對(duì)該巷道高壓富水區(qū)采取了“工作面預(yù)注漿工藝，限制水排放”的施工原則[2]。

2 方案措施

2.1 注漿方案的確定

（1）采用探水注漿方案：利用YQ-100B潛孔鉆進(jìn)行超前探水，采用以長(zhǎng)探為主、短探為輔的方式進(jìn)行探水注漿堵水。

（2）為了加快速度，工作面可以同時(shí)支撐2個(gè)鉆機(jī)和2個(gè)灌漿機(jī)。

（3）逢掘必探，但鉆孔無(wú)水或水量小于2 m3的可不注漿[3]。

（4）可先在中心位置打一個(gè)探水鉆孔，若見(jiàn)水，再向兩幫和四角加孔。無(wú)水時(shí)，中心位置鉆孔可作為掏槽孔的自由面。

（5）鉆孔時(shí)記錄清楚?？吹剿懦龊螅M(jìn)行注漿，然后重復(fù)施工，再次繼續(xù)鉆孔。

（6）破碎裂隙發(fā)育地段，頂板加密鉆孔。同時(shí)漿液變稀，并改用無(wú)極變速注漿機(jī)，使?jié){液充分填進(jìn)裂隙。相當(dāng)于砌碹，可增加圍巖穩(wěn)固性，也可做到破碎地段不支護(hù)U型鋼。

（7）工作面提前注漿，一是能有效治理后期出水，二是增加圍巖的穩(wěn)定性。減少了支護(hù)成本，不僅少用了U型鋼，而且后期噴漿施工過(guò)程中噴漿料不反彈或少反彈（因?yàn)轫敯逵兴畤姖{料不粘）。

2.2 注漿孔布置

鉆孔布置按工程所處的區(qū)域而定，分正常地段和特殊地段2種。

正常地段：采用長(zhǎng)探方式進(jìn)行超前探水，一個(gè)探水回次布置8個(gè)探水鉆孔，首先沿巷道掘進(jìn)方向布置探水鉆孔，主要是檢測(cè)施工方向的前方，孔深設(shè)計(jì)為50 m；一個(gè)探水鉆孔與正方向鉆孔上傾角度20°～30°，設(shè)計(jì)孔深50 m，探測(cè)頂板上方；一個(gè)探水鉆孔與正方向鉆孔下傾角度20°～30°，設(shè)計(jì)孔深50 m，探測(cè)巷道底板下方。若有水，再向兩幫加孔。

特殊地段：迎頭前方頂板破碎，裂隙，淋水點(diǎn)較多區(qū)域，增加了短距離勘探。采用長(zhǎng)距離勘探和短距離勘探相結(jié)合的方式進(jìn)行工作面超前探水，并設(shè)置了1個(gè)探水工作面，工作面設(shè)有5個(gè)探水孔。深孔布置在掌子面的中心位置[4?5]，方位與巷道的軸線一致，沿巷道掘進(jìn)方向施工，主要是檢測(cè)巷道施工方向的正前方含水情況，設(shè)計(jì)孔深為50 m；其余鉆孔布置在掌子面四周，與巷道中心線夾角30°左右，主要探測(cè)掌子面周?chē)?，設(shè)計(jì)孔深5 m，若破碎裂隙發(fā)育地段，也可在頂板增加4~8個(gè)深鉆孔進(jìn)行注漿，填充裂隙，起到砌碹的作用，加強(qiáng)支護(hù)。鉆孔布置參見(jiàn)圖1。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)鉆孔布置

2.3 注漿材料

通過(guò)桶式攪拌機(jī)攪拌漿料[6]。將漿料均勻攪拌，然后送入漿料罐。漿液配置見(jiàn)表1。

2.4 注漿工藝

使用分段注漿工作面過(guò)程中，鉆一段長(zhǎng)度，根據(jù)鉆孔出水程度采用相應(yīng)的注漿方法。在確定漿料初始濃度時(shí)，根據(jù)壓力變化及時(shí)控制泵輸送量，調(diào)節(jié)漿料濃度和凝固時(shí)間，并重新調(diào)整壓力值。在達(dá)到最終壓力和最終量之前避免出現(xiàn)大的波動(dòng)，并穩(wěn)定超過(guò)20 min。在注漿過(guò)程中，當(dāng)注入一定濃度的漿料20~30 min時(shí)，漿料濃度不降低或壓力不升高，應(yīng)相應(yīng)地增加等級(jí)漿料濃度。當(dāng)漿液濃度提高到水灰比0.6:1仍未看到增壓時(shí)，應(yīng)更換雙漿液。在水壓試驗(yàn)中，當(dāng)泵容量達(dá)到60 L/min且泵壓仍然很低或沒(méi)有壓力時(shí)，應(yīng)改變注漿材料，將其改為雙液漿。如果壓力迅速上升，減少也很快，應(yīng)當(dāng)更換漿料濃度，通常持續(xù)20 min，并在達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)完成注漿。在完成孔管的耐久性試驗(yàn)后，按照施工順序依次進(jìn)行施工，并用100 mm鉆頭依次施工灌漿孔。在灌漿孔施工期間，如果鉆孔中的水量達(dá)到5 m3/h，則立即停止施工，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況決定是否拔出鉆頭[7?8]，然后關(guān)閉閥門(mén)，將注漿管連接到注漿罐中，注漿完畢，進(jìn)行清掃繼續(xù)鉆孔，重復(fù)上述操作，直至鉆到設(shè)計(jì)深度。如果鉆孔中的水量小于5 m3/h，則直接鉆到設(shè)計(jì)深度，然后反復(fù)注漿，以達(dá)到規(guī)定的治水標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 注漿參數(shù)

灌漿參數(shù)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)加固范圍和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)選擇。本段加固范圍為工作面前方50 m，主要參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 漿液配制

表2 主要參數(shù)

2.6 注漿順序

攪拌系統(tǒng)攪拌漿料之后，通過(guò)注漿泵，漿料管和注漿管將漿料注入巖層中。接通漿液管路→加壓試驗(yàn)→灌漿加壓→水沖洗管路→拆卸和灌漿泵→檢查注漿質(zhì)量。

3 注漿效果

2017年12月6日至12月16日，對(duì)巷道的整個(gè)工作面進(jìn)行提前預(yù)注漿技術(shù)，歷時(shí)10 d，注漿工作全部完成后，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)巖溶裂隙水完全堵塞，阻水效果非常好。在隨后的開(kāi)挖中，巖壁干燥無(wú)水，有效堵塞了裂縫水，斷裂帶封堵明顯增強(qiáng)。效果對(duì)比見(jiàn)圖2，實(shí)踐證明，采用全斷面工作面預(yù)注漿堵水的治水方案是可行的，具有可靠的借鑒意義。

圖2 工作面注漿效果對(duì)比

3 結(jié) 論

該巷道工程穿過(guò)含水?dāng)鄬悠扑閹?，揭露范圍較大，裂隙發(fā)育且含水量大，多次出現(xiàn)單點(diǎn)涌水量大于200 m3/h，給巷道施工造成了較大影響，是該巷道施工的最大難點(diǎn)。為此，工程技術(shù)人員通過(guò)全面研究和實(shí)踐，利用工作面預(yù)注漿和一系列相關(guān)配套關(guān)鍵技術(shù)，在保證安全的前提下，為了快速通過(guò)含水破碎帶，對(duì)巷道進(jìn)行工作面預(yù)注漿技術(shù)。實(shí)踐表明，該技術(shù)的應(yīng)用不僅起到了堵水、加固、充填裂隙的作用，而且增加了破碎圍巖的自身強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性。

（1）本次工作面預(yù)注漿工程共施工鉆孔8個(gè)，總進(jìn)尺520 m，注水泥120 t，注砂100 m3，注水玻璃15 t。

（2）本次注漿堵水施工過(guò)程中雖然跑漿，但是跑漿量仍然是少數(shù)，估計(jì)不超過(guò)10%；工作面預(yù)注漿之后巷道不僅巖石相對(duì)穩(wěn)固，涌水基本消失，節(jié)省排水以及支護(hù)費(fèi)用60萬(wàn)元/a。

[1] 邱 剛,陳 哲,徐 波.井壁加固技術(shù)在立井井筒工作面預(yù)注漿中的應(yīng)用[J].山東煤炭科技,2015(4):12-14.

[2] 唐素芳.隧道全斷面注漿治水施工技術(shù)[J].西南公路.

[3] 孫祥德,陳燦亭,何振偉.立井井筒工作面預(yù)注漿施工技術(shù)[J].科技信息(科學(xué)教研).

[4] 楊永華.新田煤礦回風(fēng)斜井巖溶治理[J].經(jīng)營(yíng)管理者.

[5] 張紹秋.大梁山隧道全斷面注漿技術(shù)探析[J].中國(guó)水運(yùn)(下半月).

[6] 王全勝,李治國(guó),鄒 翀,劉澤民.圓梁山隧道全斷面注漿技術(shù)[J].鐵道建筑.

[7] 李萬(wàn)濤,閆滿志,劉天林,王 磊.田興鐵礦斜坡道東硐口反向掘進(jìn)技術(shù)研究[J].河北冶金.

[8] 熊?chē)?guó)清,郭雙揚(yáng),緱鵬飛.淺談導(dǎo)水?dāng)鄬庸ぷ髅骖A(yù)注漿在龍泉煤礦北一回風(fēng)大巷中的應(yīng)用[J].建井技術(shù).

(2019-03-04)

楊萬(wàn)召(1993—)，男，山東萊州人，采礦助理工程師，學(xué)士，主要從事采礦工程方面研究工作，Email：lixiao- fei1987@163.com。