井巷破碎帶止?jié){墻注漿技術(shù)及預(yù)算定額套用

閆鵬宇 高 超

(河鋼集團(tuán)礦業(yè)公司司家營南區(qū)礦山分公司)

田興鐵礦是大水型地下礦山，基建期平巷掘進(jìn)多采取“有掘必探，邊探邊掘”的施工原則[1]，在部分?jǐn)鄬悠扑閹У囟问┕r(shí)，依據(jù)現(xiàn)場圍巖情況，會(huì)采取工作面預(yù)注漿、加固巖帽注漿、止?jié){墻注漿等不同方式進(jìn)行封堵涌水。對于掌子面已經(jīng)揭露的破碎軟巖，工作面注漿時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的跑漿、竄漿等現(xiàn)象，加固巖帽的方式亦不能承受后續(xù)的注漿壓力，此時(shí)施工止?jié){墻來充當(dāng)注漿巖帽是當(dāng)前最好的施工措施。止?jié){墻注漿施工，既安全，又有效，是軟巖、裂隙帶巷道治理涌水的首要方法。

1 工程概況

田興鐵礦北進(jìn)風(fēng)井-475 m中段上盤沿脈巷310 m位置爆破施工后突發(fā)涌水，清理部分渣石后發(fā)現(xiàn)涌水增大，現(xiàn)場已不能正常進(jìn)行出渣作業(yè)。已揭露的巷道主要巖性為黑云變粒巖，細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀-弱片麻狀構(gòu)造，主要礦物成份為長石、石英、黑云母，裂隙發(fā)育，涌水中含有泥質(zhì)充填物，實(shí)測涌水量達(dá)260 m3/h左右。井下現(xiàn)有的水泵只能維持排水狀態(tài)，其排水能力不能保證繼續(xù)正常掘砌施工。

2 注漿方案

根據(jù)實(shí)際施工現(xiàn)狀及掌子面圍巖情況，提出2種治水方案：

(1)方案一為加固巖帽注漿。巖帽的作用是注漿時(shí)能夠承受最大注漿壓力，并防止掘進(jìn)工作面漏漿、跑漿[2]。在掌子面圍巖均勻布置注漿孔，采取淺孔注漿的方式提高圍巖整體強(qiáng)度，使其能夠承受深孔注漿時(shí)的壓力。淺孔深度一般為3～5 m，待達(dá)到預(yù)定強(qiáng)度后，進(jìn)行深探孔注漿。

(2)方案二為止?jié){墻注漿。在工作面出水點(diǎn)前方磚砌濾水層，并預(yù)留泄水管[3]。依據(jù)施工方案計(jì)算止?jié){墻厚度，澆筑止?jié){墻時(shí)預(yù)留注漿管，止?jié){墻頂部采取噴射混凝土的方式進(jìn)行封堵。澆筑完成后養(yǎng)護(hù)7 d，關(guān)閉泄水閘閥，觀測止?jié){墻擋水情況。加固漏水點(diǎn)后可進(jìn)行后續(xù)深孔注漿工作。

依據(jù)以往的注漿經(jīng)驗(yàn)，先采取了加固止?jié){巖帽注漿措施。由于工作面圍巖破碎，加固圍巖時(shí)跑漿、竄漿現(xiàn)象嚴(yán)重，裂隙淋水和跑竄的水泥漿液也為排水工作帶來壓力。為了保證注漿效果，減少排水壓力，現(xiàn)場決定采取止?jié){墻注漿方式治理涌水。

3 止?jié){墻施工技術(shù)

施工止?jié){墻的技術(shù)要點(diǎn)在于選取止?jié){墻類型和計(jì)算止?jié){墻厚度。觀測現(xiàn)場圍巖情況后，決定本次施工采取平面型止?jié){墻[4]。止?jié){墻厚度主要根據(jù)最大注漿壓力、巷道斷面大小和止?jié){材料強(qiáng)度確定。

3.1 止?jié){墻厚度計(jì)算

單級平面型止?jié){墻厚度依據(jù)《最新礦山井巷工程施工綜合技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實(shí)用手冊》計(jì)算公式：

(1)

式中,B為止?jié){墻厚度,m；K為安全系數(shù)，1.4～1.5；W為作用在墻上的全載荷，W=pmaxF，kN,F為混凝土止?jié){墻的橫斷面積，m2,pmax為單位最大載荷，kPa；b為巷道寬度，m；h為巷道高度，m；[σ]為混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa。

依據(jù)現(xiàn)場情況，計(jì)算得出止?jié){墻厚度B=3 m。

3.2 基槽開挖

清理部分爆破后的渣石，距工作面3 m位置沿巷道周圈開挖基槽。在確保施工安全的情況下，用風(fēng)鎬在底部和兩幫掏槽，深度約500 mm，在基槽兩幫內(nèi)預(yù)埋4根φ20 mm×2 100 mm鋼筋。

3.3 淋散水治理

采用雙液漿封堵基槽及止?jié){墻部位巷道內(nèi)的集中出水點(diǎn)，對不能封堵的淋散水,集中后利用導(dǎo)水管導(dǎo)出止?jié){墻外，確保止?jié){墻澆筑質(zhì)量[5]。

3.4 止?jié){墻施工

止?jié){墻結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 止?jié){墻結(jié)構(gòu)示意

3.4.1 濾水層磚砌

距工作面2 m位置磚砌1 m高濾水層，濾水層內(nèi)預(yù)留泄水管，保證工作面及濾水層內(nèi)積水可以導(dǎo)出，避免涌水對澆筑止?jié){墻造成影響。緊貼濾水層砌筑擋水墻作為止?jié){墻內(nèi)模板，可由沙袋或水泥袋快速堆砌，達(dá)到巷道起拱高度后改由磚砌上部模板擋墻。

3.4.2 注漿管預(yù)埋

在堆砌止?jié){墻內(nèi)模板時(shí)，預(yù)埋注漿管。根據(jù)出水位置及漿液擴(kuò)散半徑，埋設(shè)8～10根注漿管[6]。

3.4.3 止?jié){墻澆筑

對水泥袋和磚塊砌成的內(nèi)模板進(jìn)行噴射混凝土加固，噴射厚度為50 mm，確保內(nèi)模板穩(wěn)固性。依據(jù)設(shè)計(jì)厚度，砌筑第二道外模板，外模板可用木模板或者磚砌模板。在2個(gè)模板間澆筑混凝土止?jié){墻，混凝土強(qiáng)度為C30。澆筑時(shí)保證混凝土的連續(xù)性，振搗要均勻密實(shí)，邊澆筑邊安裝模板，直到達(dá)到模頂高度。由混凝土輸送機(jī)澆筑止?jié){墻頂部，空隙處由混凝土噴射機(jī)噴射混凝土，使止?jié){墻與巷道頂板密實(shí)結(jié)合。止?jié){墻厚度為3 m，澆筑量為75.6 m3，消耗水泥39.75 t，砂子26.1 m3，石子63.38 m3。

3.4.4 養(yǎng)護(hù)及檢驗(yàn)

養(yǎng)護(hù)7 d后，試關(guān)泄水管閘閥，觀測、記錄止?jié){墻滲水情況。對滲水點(diǎn)進(jìn)行淺孔注漿加固，待達(dá)到強(qiáng)度后，正式關(guān)閉泄水管，進(jìn)入深孔注漿工作。

在工作面與止?jié){墻模板間充填矸石，充填量可依據(jù)工作面與止?jié){墻距離而定，其主要目的是為了減少空巷區(qū)注漿量，同時(shí)回填的矸石也可以起到濾水層的作用。

4 止?jié){墻注漿

關(guān)閉泄水閥，通過預(yù)埋的注漿管對止?jié){墻與工作面的空巷區(qū)進(jìn)行注漿，使水泥漿與充填的矸石膠結(jié)。同時(shí)淺孔加固止?jié){墻，確保后續(xù)長探孔注漿時(shí)不會(huì)出現(xiàn)跑漿、竄漿現(xiàn)象。

4.1 注漿孔布置

此次注漿段長50 m。注漿孔沿巷道周邊按斷面大小呈放射性布置，外插角度小于4°，終孔位置超出巷道荒斷面輪廓線。根據(jù)涌水情況確定孔間距為1.5 m，注漿孔為13個(gè)，巷道中心布置中空段注漿孔及加固止?jié){墻短孔注漿孔4個(gè)。止?jié){墻注漿孔布置見圖2。

圖2 止?jié){墻注漿孔布置

4.2 注漿參數(shù)

打鉆注漿時(shí)在預(yù)埋孔口管上加裝防噴器。注漿前期采用水泥單液漿，根據(jù)注漿壓力及注漿量隨時(shí)調(diào)整注漿參數(shù)。后期注漿采用水泥-水玻璃雙液漿[7]。注漿參數(shù)參見表1。

表1 注漿材料及漿液配比

5 定額套用

目前田興鐵礦施工合同使用《冶金礦山井巷工程預(yù)算定額》(2010版)，直接費(fèi)定額中沒有施工止?jié){墻的定額子目。平巷混凝土支護(hù)定額包括了清理浮石，立、拆模板及碹胎，澆搗，養(yǎng)護(hù)混凝土等全套工序，其施工工藝與澆筑混凝土止?jié){墻施工工藝類似。依據(jù)定額“借用相近、套用相似、調(diào)整系數(shù)”的編制原則，止?jié){墻施工定額決定套用“平巷墻混凝土支護(hù)定額(厚度≤400mm)”項(xiàng)目(定額編號：112369)，同時(shí)根據(jù)止?jié){墻澆筑施工時(shí)的人工、模板、混凝土消耗量，調(diào)整定額中混凝土支護(hù)的支模人工和模板數(shù)量[8]。調(diào)整公式如下：

R=A-(D-100/B)C，

(2)

M=Z/DS，

(3)

式中，R為綜合工日，工日；A為厚度≤400 mm項(xiàng)目定額綜合工日數(shù)，工日；B為混凝土止?jié){墻厚度，m；C為厚度≤300 mm項(xiàng)目與厚度≤400 mm項(xiàng)目的差額的單位工日，工日/m2；D為厚度≤400 mm項(xiàng)目定額的單位支護(hù)面積，m2；M為模板體積，m3；Z為厚度≤400 mm項(xiàng)目定額模板消耗量，m3；S為混凝土止?jié){墻支模面積，m2。

此調(diào)整依據(jù)已報(bào)備冶金工業(yè)建設(shè)工程定額總站，定額總站以“冶建定[2013]38號”文件通過認(rèn)證。

6 結(jié) 語

針對田興鐵礦破碎帶突發(fā)涌水治理，采用止?jié){墻注漿技術(shù)順利地封堵了涌水，注漿效果良好，爆破掘砌后工作面涌水為5 m3/h，達(dá)到預(yù)期效果。止?jié){墻預(yù)算定額子目的套用符合規(guī)范要求，相關(guān)系數(shù)的調(diào)整報(bào)備冶金工業(yè)建設(shè)工程定額總站，并得到了認(rèn)證，使得工程結(jié)算有法可依，為公司其他單位施工新技術(shù)套用相近定額提供了思路和方法。

[1] 翟會(huì)超，閆滿志，劉萬富，等.TRT6000系統(tǒng)在田興鐵礦井巷掘砌施工中的應(yīng)用研究[J].中國礦業(yè)，2013，22(4)：70-71.

[2] 潘 睿，張兵奇.立井高承壓水上工作面止?jié){墊和巖帽設(shè)計(jì)研究[J].煤炭工程，2014，46(11):27-29.

[3] 王傳永，趙寶林.止?jié){墻承壓注漿堵水技術(shù)在巷道突水治理中的應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2014(7)：161-162.

[4] 冷 云，等.最新礦山井巷工程施工綜合技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實(shí)用手冊[M].長春：吉林電子出版社，2005.

[5] 王田民.基于止?jié){墻加固防水技術(shù)的破碎塌方帶處理[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(6)：161-162.

[6] 鄭 璐，錢國媛，高宇梁.采用止?jié){墻注漿法治理金屬礦山巷道突水[J].建井技術(shù)，2014，35(5)：19-22.

[7] 李術(shù)才，張 霄，張慶松，等.地下工程涌突水注漿止水漿液擴(kuò)散機(jī)制和封堵方法研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30(12)：2377-2396.

[8] 蔡晨光.冶金礦山井巷工程預(yù)結(jié)算審核中的難點(diǎn)要點(diǎn)[J].世界有色金屬，2017(18)：18-19.