軟弱巖層巷道塌方區(qū)防滲加固治理技術(shù)

董亞寧，王幫策，陳能革

([1]馬鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司 安徽馬鞍山 243000)([2]馬鋼張莊礦業(yè)有限責(zé)任公司 安徽馬鞍山 243000)

軟弱巖層巷道塌方區(qū)防滲加固治理技術(shù)

董亞寧1，王幫策2，陳能革1

([1]馬鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司 安徽馬鞍山 243000)([2]馬鋼張莊礦業(yè)有限責(zé)任公司 安徽馬鞍山 243000)

通過(guò)對(duì)姑山鐵礦掛幫礦軟弱巖層巷道塌方區(qū)水文地質(zhì)的綜合分析，提出了鋼筋混凝土砌碹、回填灌漿、固結(jié)灌漿等綜合治理技術(shù)，從而保證安全可靠地通過(guò)姑山采場(chǎng)掛幫礦-138 m塌方區(qū)巷道。

塌方；灌漿；加固

姑山鐵礦經(jīng)過(guò)五十多年的露天開(kāi)采，淺部鐵礦體已基本采完，露采難度逐年加大，年采礦石量逐年下降，礦山生產(chǎn)已不能適應(yīng)馬鋼經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略發(fā)展的需求。近年來(lái)，姑山鐵礦正通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，采用地下開(kāi)采方式回收露天采場(chǎng)的掛幫礦。

礦區(qū)位于鐘姑背斜南端東翼，為鐘姑鐵礦田的主要組成部分。礦體賦存于輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖與圍巖接觸帶的內(nèi)帶及其附近。礦體呈似層狀、透鏡狀，向四周傾斜，北部?jī)A角為40°-60°，南部較緩，尤其12-8勘探線間一部分礦體近于水平,礦體厚度10 m-140 m，平均厚度為60 m左右。

掛幫礦開(kāi)采范圍為露天采場(chǎng)東部4號(hào)勘探線～青山河堤保護(hù)界線之間的礦體。該地段的礦體向東延伸，走向近似南北,開(kāi)采范圍內(nèi)-58 m-130 m之間各中段的礦體礦石儲(chǔ)量，共有礦石儲(chǔ)量649.19萬(wàn)t。

1 工程概況

姑山采場(chǎng)掛幫礦-138 m巷道在掘至 152 m 處時(shí)，因巷道圍巖裂隙滲水不斷將圍巖軟弱夾層中的泥質(zhì)物帶出產(chǎn)生滲透破壞，造成掌子面右側(cè)頂部塌方，坍塌量達(dá)250余m3，雖已對(duì)巷道采取了鋼結(jié)構(gòu)的支護(hù)措施，但鋼結(jié)構(gòu)已嚴(yán)重變形，采掘工作無(wú)法進(jìn)行。

-138 m巷道圍巖滲水主要表現(xiàn)為基巖裂隙水，掌子面處最大涌水量約60 m3/h左右，主要沿掌子面右?guī)晚敳克教幖罢谱用孀髱晚敳垮^固孔涌出，涌水處已形成水柱。根據(jù)姑山礦已有的工程水文地質(zhì)資料分析，滲透水來(lái)源主要為上覆第四系砂卵石層中的承壓水沿基巖裂隙向巷道滲漏所致。必須對(duì)巷道掌子面進(jìn)行綜合治理。

2 截水防滲綜合治理技術(shù)

2.1 治理原則

針對(duì)姑山采場(chǎng)-138 m巷道掌子面的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定如下截水防滲加固處理原則：

(1)先處理塌方，再巷道支護(hù)，后進(jìn)行探水截水防滲加固治理。

(2)目前巷道掘進(jìn)部位圍巖比較破碎，掌子面右?guī)蛙浫鯅A層在滲水淘蝕下已坍塌，無(wú)法在巷道兩側(cè)刷幫擴(kuò)幫，灌漿作業(yè)因孔口管無(wú)法固定而無(wú)法施工。為便于后續(xù)的灌漿和采礦施工作業(yè)，保證施工安全，須先期在巷道坍塌部位進(jìn)行全斷面混凝土支護(hù)。

(3)巷道掌子面已沿巖體裂隙形成較為通暢的透水路徑，且裂隙水的補(bǔ)給來(lái)源面廣，為確保巷道在一定的掘進(jìn)范圍內(nèi)不再發(fā)生涌水塌方等事故，需進(jìn)行探水截水防滲處理，在巷道掘進(jìn)前方一定范圍內(nèi)形成外圍帷幕注漿截水固結(jié)圈，確保在帷幕保護(hù)范圍內(nèi)的采掘安全。

2.2 治理方案

先在巷道掌子面處對(duì)已發(fā)生變形部位的洞段進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌，混凝土采用C25強(qiáng)度等級(jí)，墻厚1 m，墻高與洞頂閉合，鋼筋兩層，直筋采用Ф25、橫筋Ф14、間距20 cm，混凝土保護(hù)層10 cm。保證巷道掌子面具備施工條件下再進(jìn)行截水防滲灌漿施工。

當(dāng)混凝土襯墻達(dá)到一定強(qiáng)度后，先進(jìn)行掌子面右頂塌方處理。處理方案按充填固結(jié)并兼顧防滲要求進(jìn)行，具體步驟：回填固結(jié)灌漿鉆孔施工→回填固結(jié)灌漿檢查孔施工→探水孔施工。施工時(shí)，具體灌漿工藝、材料應(yīng)根據(jù)先導(dǎo)孔查明的鉆孔內(nèi)涌水流量、壓力情況通過(guò)灌漿試驗(yàn)確定。

3 工程施工

3.1 設(shè)備安裝

由于現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地有限，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件，在掌子面前安設(shè)一臺(tái)YGK-300坑道鉆機(jī)，先施工回填灌漿孔，再施工固結(jié)孔，最后施工檢查孔、探水孔。鉆機(jī)等需要經(jīng)常移動(dòng)的設(shè)備根據(jù)各孔位情況進(jìn)行安裝調(diào)試，灌漿泵及制漿系統(tǒng)布置在鉆孔作業(yè)區(qū)后部。采用黑旋風(fēng)泵對(duì)鉆孔進(jìn)行灌注，不需要經(jīng)常移動(dòng)的水泥平臺(tái)腳手架、高速制漿機(jī)、攪拌機(jī)一次安裝調(diào)試完畢。

3.2 鉆孔施工

施工流程見(jiàn)圖1。

3.2.1 鉆孔布置

沿掌子面混凝土襯墻前巷道四周布置2圈回填固結(jié)灌漿孔，孔距1.5 m，排距2.5 m，第一圈靠混凝土襯墻布置，第二圈離混凝土襯墻2.5 m?；靥罟酀{孔編號(hào)分別為：GK1-1、GK1-2、GK1-3，其余為固結(jié)灌漿孔?；靥罟探Y(jié)灌漿孔施工完畢后，在掌子面中心布置檢查孔JC-1孔，見(jiàn)圖2。

回填固結(jié)灌漿孔及檢查孔施工完畢后，在巷道掘進(jìn)前方布置1個(gè)探水孔，鉆孔編號(hào)為TS1-1孔。通過(guò)全孔取芯，用以準(zhǔn)確判巖體的完整性程度、裂隙發(fā)育規(guī)律、充填物性狀，以便指導(dǎo)下一步的決策工作。

圖1 施工流程圖

圖2 回填、固結(jié)及探水孔布置示意圖

3.2.2 鉆孔施工

(1)各類孔位嚴(yán)格按照方案位置放樣定位，偏差不超過(guò)10 cm；

(2)孔深確保到達(dá)塌空區(qū)頂部為原則；

(3)探水孔開(kāi)孔直徑Φ110 mm，鉆進(jìn)至6 m后，埋設(shè)Φ108 mm孔口管，孔口管牢固埋設(shè)，確保涌水出現(xiàn)后能快速有效處理。

(4)各類孔斜應(yīng)嚴(yán)格控制，終孔斜度應(yīng)嚴(yán)格控制在2°以內(nèi)。

(5)檢查孔、探水孔巖芯按序擺放，統(tǒng)一編號(hào)和編錄、照相。

(6)鉆孔遇涌水時(shí)，及時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確量測(cè)流量與壓力，并采取有效的灌漿封堵處理措施。

(7)檢查孔、探水孔壓水試驗(yàn)壓力按涌水壓力+1 MPa進(jìn)行，回填灌漿壓力按0.2 MPa-0.5 MPa，固結(jié)灌漿壓力按0.8 MPa-1.2 MPa進(jìn)行。

(8)各類鉆孔、壓水、灌漿資料及時(shí)整理上報(bào)，供后續(xù)灌漿施工決策使用。

(9)檢查孔、探水孔施工：檢查孔、探水孔施工除滿足以上要求外，鉆探施工過(guò)程中還做好如下工作：進(jìn)行全孔取芯，并做壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)按規(guī)范執(zhí)行。對(duì)檢查孔、探水孔所取得的巖心擺放整齊，及時(shí)、準(zhǔn)確地做好施工原始班報(bào)表記錄工作和地層巖心編錄工作。施工過(guò)程中發(fā)生的特殊情況如：鉆進(jìn)速度突然加快或減慢，孔內(nèi)漿液漏失等情況，斷層及破碎帶的厚度，及時(shí)做好記錄，并通知技術(shù)負(fù)責(zé)人。

3.3 壓水試驗(yàn)

(1)壓水試驗(yàn)壓力按涌水壓力+1 MPa進(jìn)行。

(2)壓水試驗(yàn)段長(zhǎng)孔口段6 m，其余按10 m考慮。

(3)鉆孔、壓水、灌漿資料及時(shí)整理上報(bào)，供后續(xù)灌漿施工決策使用。

(4)鉆孔遇涌水時(shí)，及時(shí)進(jìn)行灌漿。遇特殊情況不能及時(shí)灌漿，及時(shí)關(guān)閉止水閥。

3.4 灌漿

3.4.1 單排灌漿孔施工布置

根據(jù)鉆孔施工的先后次序先進(jìn)行掌子面前塌方區(qū)域內(nèi)的回填灌漿，再進(jìn)行固結(jié)灌漿，然后進(jìn)行回填固結(jié)檢查孔施工，最后施工探水孔。

3.4.2 灌漿材料

此次灌漿的目的是進(jìn)行塌空區(qū)灌漿回填和圍巖裂隙截水防滲，主要灌注水泥-水玻璃漿液，主要材料為：水泥、外加劑等。

水泥：采用性能穩(wěn)定、強(qiáng)度達(dá)42.5 MPa以上，質(zhì)量符合要求的普通硅酸鹽水泥。

水：符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》JGJ63-2006。

外加劑: 滿足穩(wěn)定漿液配制和灌注要求。

3.4.3 灌漿方法

回填灌漿采用栓塞孔口止?jié){法，栓塞置入襯砌混凝土內(nèi)。由于灌漿材料中需要加入速凝劑水玻璃，灌漿方法采用純壓式灌漿方法，灌漿管伸入塌落部位頂部，一次性連續(xù)灌注充填已架空的空隙。

固結(jié)灌漿采用栓塞孔口止?jié){法，栓塞置入襯砌混凝土內(nèi)。灌漿方法采用純壓式灌漿方法，灌漿管下入孔底，一次性連續(xù)灌注。

探水孔灌漿采用孔口封閉自外而內(nèi)分段純壓式灌漿方法。該方法一方面具有不埋塞、可對(duì)已鉆孔段的破碎巖體進(jìn)行反復(fù)灌漿加固，有利于內(nèi)部孔段的鉆孔灌漿施工，另一方面可根據(jù)孔內(nèi)情況對(duì)涌水隨時(shí)實(shí)施灌漿封堵，即一旦鉆遇涌水，可立即采取灌漿處理；此外鉆孔外部巖體裂隙可反復(fù)得到灌注，堵水防滲效果可得到可靠保證。不足之處即增加了部分掃孔工作量、孔內(nèi)灌漿工作管長(zhǎng)、孔容有一定占漿消耗。

3.4.4 灌入量控制

為保證塌空區(qū)灌漿回填和圍巖裂隙截水防滲的有效形成，并為保證爆破松動(dòng)圈以外帷幕幕體不受爆破破壞，本工程灌入量不受限制，應(yīng)盡可能灌入水泥-水玻璃漿液，完成的工程量見(jiàn)表1。

表1 主要工程量表

3.4.5 結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

回填灌漿孔：灌漿壓力及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：Ⅰ序孔灌漿壓力達(dá)到0.2 MPa，Ⅱ序孔灌漿壓力達(dá)到0.5 MPa便可結(jié)束灌漿，具體的灌漿壓力可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，以不產(chǎn)生圍巖抬動(dòng)和混凝土襯墻破壞變形為原則。

固結(jié)灌漿孔：灌漿壓力及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：Ⅰ序孔灌漿壓力達(dá)到0.8 MPa，Ⅱ序孔灌漿壓力達(dá)到1.2 MPa便可結(jié)束灌漿，具體的灌漿壓力可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，以不產(chǎn)生圍巖抬動(dòng)和混凝土襯墻破壞變形為原則。

3.4.6 封孔

各個(gè)孔終孔灌漿完成后，將0.6：1的單液水泥漿液注滿全孔封孔。

3.5 工程質(zhì)量

3.5.1 質(zhì)量控制

建立關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)，編制了過(guò)程控制質(zhì)量自檢的相關(guān)技術(shù)要求，根據(jù)現(xiàn)行防治水及注漿規(guī)范，對(duì)相應(yīng)質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)均控制嚴(yán)密。

3.5.2 質(zhì)量評(píng)價(jià)

(1)全部鉆孔灌漿經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢查100%符合設(shè)計(jì)要求， 質(zhì)量合格。

(2)單位灌入量第一圈Ⅰ序孔1197.9 kg/m，Ⅱ序孔1274.3 kg/m，第二圈Ⅰ序孔236.7 kg/m，Ⅱ序孔216.7 kg/m，從圈數(shù)上看，第一圈>第二圈孔，從序次上看，Ⅰ序>Ⅱ序，符合逐排、逐序遞減的正常規(guī)律。從統(tǒng)計(jì)情況表明，灌漿質(zhì)量良好。

(3)灌漿過(guò)程中，各序孔的孔內(nèi)涌水量降低明顯，從回填孔GK1-3全孔涌水量26.0 m3/h逐漸降低到檢查孔JC-1孔全孔0.2 m3/h，部分后續(xù)施工的上部孔，如GK2-7 、GK2-8、GK2-10等孔，全孔鉆孔完畢后基本無(wú)涌水現(xiàn)象，這充分表明通過(guò)先灌孔灌漿后塌方區(qū)域逐步被回填固結(jié)形成整體防滲帷幕，不斷地封堵塌方區(qū)域中大的漏水途徑，通過(guò)后序孔灌漿的閉合，帷幕防滲功能不斷加強(qiáng)，最終保證了帷幕的整體形成。

(4)檢查孔JC-1鉆孔深度為10. 0 m測(cè)得全孔涌水量0.2 m3/h，檢查孔壓水試驗(yàn)透水率q=4.32Lu，檢查孔合格率達(dá)到100%，達(dá)到了防滲質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：灌后巖體透水率≤5Lu。

(5)開(kāi)挖效果，巷道掌子面已坍塌部位不再坍塌，回填固結(jié)灌漿完成后掌子面處涌水量少于3 m3/h，巷道掌子面處能正常掘進(jìn)作業(yè)。

4 結(jié)論

姑山采場(chǎng)掛幫礦-138平洞巷道掌子面回填固結(jié)探水防滲處理工程施工按治理方案要求完成。經(jīng)過(guò)灌漿孔耗量分析和檢查孔壓水試驗(yàn)、檢查孔涌水流量測(cè)量等多種檢測(cè)手段表明，防滲帷幕已經(jīng)整體形成。

不同檢測(cè)方法表明，施工完成的塌空區(qū)域回填固結(jié)及圍巖裂隙內(nèi)的防滲帷幕工程質(zhì)量滿足規(guī)范要求，帷幕的防滲止水效果良好。塌方區(qū)注漿段巷道開(kāi)挖15 m后巷道斷面殘余涌水量小于3 m3/h，達(dá)到了掌子面正常掘進(jìn)作業(yè)要求。

[1] 中國(guó)礦業(yè)大學(xué).井巷設(shè)計(jì)與施工[M].江蘇：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2004

[2] 董亞寧.定向預(yù)注漿在復(fù)雜富水?dāng)鄬又械膶?shí)踐[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2011，3

[3] 董亞寧.復(fù)雜富水?dāng)鄬咏厮罎B綜合治理[J].安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013.2

Anti-seepage Reinforcement and Control Technology ofRoadway Landslide Area in Soft Rock Stratum

DONG Ya-ning， WANG Bang-ce，CHEN Neng-ge

After comprehensivly analysing the hydrogeological of soft rock stratum of hanging wall ore above the roadway landslide area in Gushan Iron Mine, this paper proposed a comprehensive management technology with reinforced concrete and bricklaying , backfill grouting, consolidation grouting to ensure the roadway safely and reliably pass through the -138m landslide area in hanging wall ore of Gushan Iron Mine.

landslide； grouting；reinforcement

2013-12-20

董亞寧(1966-)，男，馬鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司工程管理部，高級(jí)工程師，馬鋼一等津貼技術(shù)專家。長(zhǎng)年從事礦井建設(shè)工作，在國(guó)內(nèi)刊物發(fā)表論文多篇。

TD853：TU761.1+1

B

1672-9994(2014)01-0027-04