巷道过断层破碎带注浆堵水加固技术的研究与应用

巷道过断层破碎带注浆堵水加固技术的研究与应用摘要：对软岩及断层破碎带，常规的方法往往很难达到注浆目的。本文结合该矿巷道过断层的实践，总结了在断层带较宽、塌孔严重情况下，通过合理确定注浆参数、改变注浆顺序、调整注浆浓度和控制注浆压力等方法，进行巷道预注浆加固，获得成功。关键词：断层破碎带探钻注浆参数塌孔注入量中图分类号：TD74文献标识码：B文章编号：1673-1069（2008）12-0000-000引言该矿在开拓四采区和五采区时，巷道需过落差100m以上的F13和F15大断层，而且两条断层破碎带宽度超过40m，水压大，地质和水文地质条件十分复杂。施工中克服了重重困难，取得了满意效果，在许多方面有不少创新与体会。1设备选型1.1钻机井下巷道预注浆选用全液压坑道钻机。这种钻机具有低转速、大扭矩、工艺适应性强、技术性能先进和结构合理等特点，而且操作省力，安全可靠，解体性好，搬迁方便，很适于井下深浅孔施工。1.2注浆泵注浆泵，根据施工设计要求，选择注浆压力变化范围大，泵量档次多，既可注单液浆，又可注双液浆的体积小、性能稳固、操作方便的设备。2巷道注浆堵水施工技术2.1超前探水巷道预注浆堵水与加固，第一步应打探水孔，重点是取好岩芯，判好层。探孔结束时，可以做简易注浆，以便第2步做好注浆堵水加固工程的施工设计。探水孔固管试压可为静水压力的2倍，孔口必须安装防水阀门和防喷装置、压力表等。探水和注浆堵水加固，因目的、要求等不同，不宜合并，否则直接影响注浆堵水加固效果。2.2钻孔布置①布孔形式与孔数。宜根据注浆目的选择是直孔还是放射孔。该矿施工的31400轨道下山巷道宽度2.8m，高度2.6m,面积6.98m2,注浆孔位沿巷道周边布置，起拱线以上布置6个钻孔，左右底角各布置1个孔，径向向外辐射，孔底落眼在巷道荒径以外1.5～2.0m。②钻孔结构。开孔采用D127mm无芯钻进，钻进中及时加导向岩芯管，钻至10m深度，下入D108×4.5mm孔口管，此后采用D75mm钻头钻至终孔。2.3注浆段长的选择由于井下不宜用止浆塞分段注浆，为保证钻注质量，要根据围岩性质、构造和裂隙发育，断层带破碎程度，一般注浆段长选择3～4m。2.4钻注顺序首先钻注孔口管段，孔口管按设计埋设完毕后养护24～48h，按常规做压力试验，试压合格后方可向前钻注。岩帽段一般控制在3～5m，采用小段高，定压、定量分次下行式注浆法直到岩帽设计深度，然后岩帽全段复注。待岩帽段全部孔达到注浆要求后，方可转入正常注浆段的钻注工作。注浆段要根据地质、水文地质等条件严格划分段高，分段前进式施工。不得任意合并越级和改动，在施工中必须明确钻探为注浆服务的思想，设备必须保证注浆要求，不得本末倒置、迁就，否则注浆质量难以保证。在施工中明确做到注一段，保一段，注一孔，保一孔，采取步步为营的方式向前推进。2.5注浆参数的选择①注浆压力，是推动浆液克服各种流动阻力，使浆液扩散，充填密实的动力，是注浆的重要参数。在基岩裂隙中，宜采用2～2.5倍静水压力，在软岩和破碎带中，初期宜采用1.5～1.6倍，中期采用2.0～2.5倍，后期为3.0～3.5倍的静水压力。②注浆流量。注浆过程中，由于浆液的充填作用，裂隙逐渐被充塞，流量则随注浆压力的升高而减小。为增加浆液的注入量和提高注浆效果，流量越小越好，但太小容易被地下水稀释，影响结石体的强度和结石率，所以，在基岩裂隙中流量以50～60L/min为宜，在软岩和断层带中，以大于或等于20L/min，稳定时间大于或等于15min较合适。③注入量。施工中浆液注入量可按下式计算：Q=AπR2HNB/M式中：A为浆液消耗系数，一般取1.3～1.5；R为以中腰线交点为中心的浆液有效扩散半径，m；H为注浆段高，m；N为平均裂隙率，一般取0.01～0.05；B为浆液充填系数，一般取0.9～0.95；M为浆液结石率，取0.85。研究表明：注入量还和注浆压力有密切关系。不同条件下，要有合理的注浆压力来保证浆液注入量。另外，注入量也可以注浆孔涌水量大小和冲洗液漏失量大小来定。④浆液浓度。相同条件下，浆液越浓，粘度越大，扩散距离越小，当然，浆液的结石率也随浓度而增加。浆液浓度的选择与调整直接关系到注浆的进度和工程质量。认为，基岩裂隙水一般应以浓浆为主，当连续注浆0.5h不见升压或吸浆量不下降时，要提高浆液浓度，当水灰比小于1.0时，每个浓度级连续注入40～50min后再提高浆液浓度。软岩和破碎带因吸水率很小应以稀浆为主，起始浓度水灰比一般为1.5～2.0，因浆液稀，要想保证一定注入量，不能按延续时间做为调整浓度的依据，而应当改为以注入量多少来调整水灰比。3注浆效果巷道掘进至F13断层破碎带2m时，出水量2～26m3/h，稳定在15m3/h左右。对断层带注浆堵水加固后，掘进时可观测到断层带内裂隙被浆液充填得非常密实，实测断层带内涌水量为0.2～0.3m3/h，砂岩段0.3～4m3/h，达到了设计要求，巷道施工顺利通过了F13和F15断层。4结论与建议4.1软岩、断层破碎带塌孔的处理方法①先用小1～2级的孔径打到设计深度，用稀浆进行一次高压固结注浆，使其达到维护孔壁作用，然后扩孔，顺利通过塌孔层位。②采用合理钻进参数。遇到轻微塌孔时，调整钻进参数：冲洗液流量小于40L/min;主轴转数小于160转/min；主轴压力小于70×105Pa。③塌孔严重的钻孔，几次反复无效时，也可改变注浆顺序，先扫孔到塌孔位置，然后改注相邻钻孔也可达到目的。4.2软岩及断层破碎带增加注浆量的方法①减小段高：通过小段高高压预处理，结合浆液调级，可以达到预期效果。使用小段高，除减少钻孔暴露时间防止塌孔外，主要是便于把注浆压力集中到软弱面上，经压裂，使浆液充填进去。②预处理法：就是在注前向孔内注经稀释的水玻璃溶液。由于水玻璃溶液对裂隙面有极大的润滑作用，能提高岩层对浆液的吸收能力，增加浆液注入量。③巷道过断层首先要打探水钻，并至少有一孔全取芯。该步骤必不可少，为下一步注浆加固工程的施工组织设计提供有力保证。