雙液帷幕注漿技術(shù)在斷層破碎帶堵水的應(yīng)用研究

王宏宇,趙伏軍,2,徐燕飛,申培文,彭 云

(1.湖南科技大學(xué)能源與安全工程學(xué)院， 湖南 湘潭 411201; 2.湖南科技大學(xué)煤礦安全開(kāi)采技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南 湘潭 411201)

寶梨斷層為傾向正斷層，位于周源山煤礦井田東北翼邊界寶源河一帶，與寶源河相交段河寬22m，斷層出露長(zhǎng)度43m。斷層走向120°～135°，傾角55°～70°，落差70～90m，切割了礦井含煤地層的全部巖層。斷層內(nèi)巖石破碎，河床所見(jiàn)斷層破碎帶局部寬達(dá)1.2m。由于該斷層屬于張性斷層，屬含、導(dǎo)水?dāng)鄬硬⑶遗c地面水系有直接聯(lián)系，故導(dǎo)致該礦井北翼涌水量的增大(達(dá)300m3/h以上)。給礦井北翼的采掘生產(chǎn)帶來(lái)了一定的安全威脅，開(kāi)采過(guò)程中必須先探后采，否則極易發(fā)生透水事故。為了避免由于斷層水引發(fā)礦井水災(zāi)事故，周源山礦采用雙液帷幕注漿技術(shù)及鋪設(shè)鋼筋砼層對(duì)該斷層進(jìn)行堵水，并取得了良好效果。

1 帷幕注漿原理及技術(shù)要求

通過(guò)注漿對(duì)斷層裂隙帶巖體中飽和性質(zhì)的粉砂、中細(xì)砂以及卵石進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。具體過(guò)程為滲透、劈裂擴(kuò)散、填充和擠密四部分。漿液在壓力作用下向鉆孔周?chē)馏w中發(fā)生滲透、劈裂擴(kuò)散。漿液包裹泥土團(tuán)，而土體間的孔隙、裂隙被水泥顆粒填充。水泥中的硅酸二鈣發(fā)生水解和水化反應(yīng)，產(chǎn)生氫氧化鈣。氫氧化鈣與水玻璃發(fā)生反應(yīng)，生成細(xì)分散狀的凝膠體-水化硅酸鈣。漿液凝固后形成強(qiáng)度較高、水穩(wěn)定性較好的水泥結(jié)石體，從而使地基擠密，固結(jié)強(qiáng)度增高，達(dá)到高壓注漿形成固結(jié)帷幕止水帶。

注漿后要達(dá)到如下要求：①保證漿液對(duì)斷層空隙的密實(shí)充填，在斷層面周?chē)纬筛羲∧?，阻斷寶梨河與斷層之間的水力聯(lián)系；②注漿堵水效果以減少滲透率達(dá)到85%～90%為基本目標(biāo)。

2 施工方案

斷層所經(jīng)河床相交面面積為100m2，為了確保堵水成功率，采用打孔注漿和地表澆注鋼筋砼結(jié)合的方法。雙液注漿孔采用兩排孔徑為Φ91mm的孔，按三花眼形式布置。第一排孔距斷層1.5m，第一、二排孔間距為1.5m，采用直線形布置，每排孔與孔之間距離為2.0m，

孔深為嵌入斷層5.0m。打好鉆孔后立即用煤電鉆掃孔、裝入注漿管，并開(kāi)始注漿。注漿完畢后，在斷層與河床交面區(qū)域一定面積的河床面現(xiàn)澆鋼筋砼，澆注面積為200m2，砼層厚0.3m，澆注體積約60m3，砼內(nèi)鋪設(shè)Φ6.5@200×200的鋼筋網(wǎng)。現(xiàn)澆前要對(duì)所澆區(qū)域河床進(jìn)行平整，面積為200m2。主要施工順序?yàn)椋恒@孔→插管→制漿→注漿→注漿軸線放樣→整平河床→鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)→澆注混凝土。

3 注漿工藝及注意事項(xiàng)

3.1 鉆眼及裝漿孔

按設(shè)計(jì)要求的注漿孔參數(shù)布置，打注漿孔。鉆跟時(shí)要待前一個(gè)注漿孔注漿即將結(jié)束時(shí)，再鉆下一個(gè)注漿孔，以防止出現(xiàn)跑漿和串漿現(xiàn)象。

各段注漿管連接的絲扣纏生麻，利用煤電鉆將注漿管裝入孔內(nèi)。并對(duì)裸露在地表的注漿管進(jìn)行標(biāo)記，以防注漿管在施工過(guò)程中彎曲而影響注漿效果。

3.2 試泵

用清水試注漿泵及注漿管路、攪拌桶，確保注漿系統(tǒng)運(yùn)行良好。

嚴(yán)格按漿液配制比例配制，并攪拌均勻，攪拌5～10min后注漿，注漿過(guò)程中仍要不斷攪拌。制好的漿液在進(jìn)入混合器前，加過(guò)濾網(wǎng)嚴(yán)格過(guò)濾漿液以免堵塞注漿管。 注漿?？卓诓捎没炷了ㄈ忾]。在注漿泵的出漿閥上安裝流量計(jì)和壓力表，在吸漿閥上安裝腳門(mén)。注漿過(guò)程中，通過(guò)觀測(cè)流量計(jì)和壓力表，根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)節(jié)雙液比例。在混合器上分別安裝水泥漿液和水玻璃溶液的控制閥門(mén)。一旦停泵后，應(yīng)立即關(guān)閉水泥漿液和水玻璃溶液兩閥門(mén)，防止水泥漿液和水玻璃溶液串漿混合器堵塞高壓注漿管。注漿過(guò)程中，嚴(yán)禁更換水泥漿液和水玻璃溶液的管路。注漿采用單孔連續(xù)注漿和多孔反復(fù)注漿以保證注漿效果。

3.3 變漿標(biāo)準(zhǔn)

1) 灌漿漿液應(yīng)由稀到濃逐級(jí)變換。當(dāng)灌漿壓力保持不變,注入率持續(xù)減少時(shí),或當(dāng)注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時(shí),不得改變水灰比。

2) 當(dāng)某一比級(jí)漿液注入量已達(dá)300 L以上,或灌注時(shí)間已達(dá)30 min,而灌漿壓力和注入率均無(wú)顯著改變時(shí),應(yīng)換濃一級(jí)水灰比漿液灌注。

3) 當(dāng)注入率大于30 L/ min時(shí),根據(jù)施工具體情況經(jīng)設(shè)計(jì),可越級(jí)變濃。

清洗。單孔達(dá)到停注標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，為防止?jié){液在管路中凝結(jié)，停注前要壓清水5～10min沖洗管路、注漿泵等。

3.4 跑漿的處理

雙液注漿時(shí)出現(xiàn)點(diǎn)、縫輕微跑漿屬正?，F(xiàn)象，但如從裂縫或孔洞出現(xiàn)嚴(yán)重跑漿，則須及時(shí)采取措施：如出現(xiàn)孔洞跑漿可用術(shù)楔(最好纏麻絲)楔入堵塞；如出現(xiàn)接茬或較大縫隙嚴(yán)重跑漿，則可停注一會(huì)兒再注(停注時(shí)間一般控制在4～5min)，停注前要壓清水0.5～1min沖洗管路，或適當(dāng)提高水玻璃液濃度并采取間歇式注漿(注入一定量出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象時(shí)停注1～2min，這種情況下須嚴(yán)防漿液堵塞混合器管路)。當(dāng)滲漏段注漿結(jié)束后，仍存在滲漏部位或出現(xiàn)新的滲漏點(diǎn)時(shí)，須在滲漏部位附近補(bǔ)深孔進(jìn)行注漿，直至滲漏點(diǎn)消失為止。

4 注漿效果檢查

本次斷層防漏帷幕灌漿工程，累計(jì)完成注漿鉆孔470m ，注漿91.2m3，灌注水泥50t，水玻璃0.5t。為檢查注漿施工的質(zhì)量情況， 根據(jù)施工具體情況并結(jié)合注漿成果資料，布置了3個(gè)檢查孔，并自下而上分段做了15段壓水試驗(yàn)。從壓水試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，滲透系數(shù)最大為5Lu。另外，從探孔觀察、取樣分析, 注漿時(shí)有漿體滲出, 最后取出的巖樣, 裂隙間充填凝固漿體飽滿, 注漿效果顯著。說(shuō)明該斷層注漿防滲達(dá)到了預(yù)期的效果。在工程施工完畢后，礦井北翼涌水量有了明顯的減小。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用雙液注漿和鋪設(shè)鋼筋砼層治理寶梨斷層漏水，較好地解決了周源山煤礦井田東北翼邊界寶源河一帶涌水問(wèn)題，為礦井的安全生產(chǎn)提供了有效的保證。此項(xiàng)成果從注漿方面講，可用于發(fā)育至地表導(dǎo)水性斷層的堵水，也可用于煤礦井下過(guò)斷層工作面的治水，還可以用于工作面預(yù)注漿；從作用方面講，不但能有效解決因斷層漏水導(dǎo)致的礦井涌水，也能進(jìn)行斷層破碎帶巖層的加固。困此，此項(xiàng)技術(shù)可在采礦工程類似條件下推廣應(yīng)用。

[1] 易凱,張迎華.象山隧道帷幕注漿快速施工技術(shù)探討[J].隧道建設(shè),2010,30(1):87-83.

[2] 代聰,宋鵬飛,王愛(ài)華.某深基坑工程止水帷幕透水滲漏的防治[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào),2010,31(1):114-117.

[3] 趙杰,薛懷軍.注漿堵水技術(shù)在井壁防治水中的實(shí)踐與探索[J].山東煤炭科技,2010(1):172-174.

[4] 楊力.淺談小灣大壩帷幕灌漿施工工藝[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2010,8(1):155-159.

[5] 朱克法.帷幕注漿施工技術(shù)在隧道斷層破碎帶中的應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù)，2006,7(13):47-49.

[6] 申瑞龍.化學(xué)洼漿治理井簡(jiǎn)涌水的技術(shù)[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2008,18(34):180-181.

[7] 任曉光.帷幕注漿法預(yù)加固隧道周壁圍巖及止水理論與實(shí)踐[J]. 鐵道建筑技術(shù)，2009,4(2):130-132.

[8] JGJ/T 211-2010, 建筑工程水泥-水玻璃雙液注漿技術(shù)規(guī)程[S].

[9] DL 5331-2005,水電水利工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程[S].