巷道过断层破碎带注浆堵水技术在防治水灾害中的应用_巷道掘进穿过断层常用的施工方法

来源:执业医师 发布时间:2019-09-23 点击:

  摘要:本文总结了福建省鑫阳矿业有限公司坑采斜井巷道过断层破碎带采用注浆技术防治水灾害的成功经验。简要介绍斜井工作面注浆堵水的施工工艺、注浆参数、注浆浓度和控制注浆压力等内容,以供从事同行业的技术人员参考。
  关键词:断层破碎带,注浆技术
  
  0 工程概况
  
  福建鑫阳矿业有限公司坑采斜井,井口标高+630m,井底标高480m,斜井坡度:28°,断面积:(3×2.7)m2。斜井揭穿的岩体岩性主要为花岗岩和矽卡岩,附近还有两组灰岩(船山组和栖霞组)。本矿区主要地质构造为F8大断层。该断层局部富水性强且导水性良好。2009年1月,当斜井施工至+520m标高时,揭露到F8断层,井下产生大量涌水,平均日涌水量7200~8400m3,造成淹井事故。经过一年多的排水,到2010年2月井下涌水量基本上保持稳定,但掘进施mm作仍然无法进行。
  
  1 井下涌水处理方案选择
  
  如果不能在尽可能短的期间内解决淹井问题,掘进施工无法恢复,势必大大影响矿井的建设周期,并且巷道长期泡在水中,围岩自身的抗压、抗剪能力将受到影响,不仅在以后的生产中要增加维护费用,而且安全生产的不利因素效应扩大。要尽可能争取在短时间内恢复斜井的正常施工,必须对井下涌水采取科学有效的方法进行处理。通常井下涌水的处理有截、堵、排等方法。不同的方法各有利弊,因此首要工作是正确地选择处理井下涌水的方法。经过一年多的排水,井下涌水量基本上保持不变,可以认定采用直接排水的方法难以解决淹井问题,且排水成本高:依据现有揭示的230m长巷道和地质报告,无法准确确定井下涌水的水源头,因此无法采取“截”的方法;“堵”的方法成为唯一可选方案。经过分析研究,最后决定采取注浆堵水的方法。
  
  2 注浆工艺流程
  
  2.1 在掘进工作面附近建立造浆场所,把水泥浆和水玻璃通过矿车运送到井下工作面,装入贮水泥浆桶和贮水玻璃桶中。
  2.2 按一定配比调制水泥浆和水玻璃浆液。通过注浆管,注浆泵用高压把浆液注入注浆孔,高压渗入岩层裂隙内,胶结后即形成具有一定强度和隔水性的胶结体。
  
  3 注浆堵水施工
  
  3.1 超前探水:巷道预注浆堵水第一步应打探水孔,重点是取好岩芯,正确判断岩层。探孔结束时,做简易注浆,以便于注浆堵水工程的进一步施工。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。
  
  3.2 止浆墙的构建:采用C25混凝土制作止浆墙,墙厚2.8~3 m,墙体嵌入巷道断面0.6~0.8 m,沿四周打小注浆孔,在孔内预埋排水管把水排到止浆墙外水仓里,为止浆墙的制作创造良好作业条件(图1)。同时,利用水泵把水仓里的水排到+630 m平硐,顺水沟自流排出。
  3.3 注浆孔的布置:在止浆墙外选一合适位置,沿止浆墙周边布孔7~9个(一般为7个孔,图2)。使用KD-100型钻机、钻杆直径55mm、钻头直径90mm,每孔长40~50m。每孔钻好后用高压球阀锁口。同时还可利用注浆孔超前探水,进一步查明斜井将要穿过的地段的涌水压力、涌水量、岩体破碎程度等水文地质、工程地质情况,为合理确定注浆孔的长度和注浆参数提供更准确的基础信息。
  3.4 注浆段长的选择:根据每个单孔涌水量大小确定该单孔的注浆段长。一般断层破碎裂隙度高则涌水量大,此时注浆段长应小,反之亦然。当单孔涌水量大时,钻1~2m深后就立即开始注浆,待浆液初凝后再继续施工。重复单孔短钻短注浆,以保证浆液有足够的渗透范围。当单孔涌水量小时,可多钻数米。具体钻深由现场技术人员确定。
  3.5 注浆参数选择与应用:
  3.5.1 注浆渗透范围的控制:由于浆液在岩石中的渗透能力受断层裂隙发育程度的限制,极不规则,确切地说渗透范围应称为“渗透距离”。注浆渗透范围一般与岩体的透水性、裂隙开度、注浆延续时间、注浆压力等成正相关关系,而与浆液浓度成负相关关系,因此注浆渗透范围的确定尚无实用的计算公式可循。我矿在注浆施工过程中,利用单浆液、双浆液、不同浆液浓度和注浆压力的变化来有效控制注浆渗透范围。
  3.5.2 注浆压力的确定与控制:注浆压力是克服浆液流动阻力使浆液充填岩层裂隙的动力,是保证注浆质量、使浆液按预想的渗透范围运动的重要动因。施工开始时,注浆起始压力选用0.9~1.0倍的静水压力,注浆正常压力选用1.1~1.3倍的静水压力,注浆终压选择2~3倍的静水压力。施工时,在浆液浓度既定的前提下,采用先大后小的吸浆量和间歇式注浆法与单、双液相结合的方式以控制渗透范围,使注浆压力缓缓上升至终压,从而达到既保证堵水质量,又节约注浆材料、降低堵水成本的目的。
  3.5.3 注浆材料及配合比:注浆材料采用水泥砂浆和水泥水玻璃,必要时局部地段可采用胶结性能良好的其他有机化合物。水泥选用R425°硅酸盐水泥,水玻璃浓度为40°。浆液浓度配合比一般采取先稀后浓。注浆时,当出现注浆压力不升、进浆量不减情况时,为保证浆液胶结质量,应逐渐加大浆液浓度;反之,若压力上升快、吸浆量减少时,为保证足够的浆液注入量和有效的渗透范围,则应逐渐降低浆液浓度。
  3.5.4 浆液浓度:相同条件下,浆液越浓黏度越大,则渗透距离越小。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,每个矿山要经过多次反复实践、比较。
  3.5.5 注浆量的确定:根据公式Q=λ3.14R2ωF,钻孔浆液注入量一般按孔长每米28m3左右。式中Q为钻孔每米注入量,单位为m3;λ为浆液损失系数,取1.4;R为浆液渗透距离,取15m:L为注浆孔长,取1m;ω为岩体裂隙率,取4%~5%;F为浆液充填系数,取0.7:σ为凝结率,取95%。
  3.5.6 注浆结束标准:在注浆过程中,注浆压力将逐步升高。当达到设计终压时,每孔注浆总量为5~10L/min,稳定20~30min后,即可结束该孔注浆。
  
  4 施工注意事项
  
  4.1 配制和使用浆液时,应佩戴个体防护用品,如防护眼镜、劳保手套,防止刺激眼睛和腐蚀皮肤。
  4.2 拆卸孔口管端部过浆装置时,应严格按先泄压后拆卸的顺序,防止高压浆液喷出伤人。
  4.3 当高压管内压力值超过设计终压值时,即应停止施工并稍降压,以免管路阀门等设施受损。
  4.4 不选用不符合技术要求的材料。
  4.5 初期试验时,对不同注浆材料、不同浓度浆液的凝胶时间要进行测定,以确定选用的注浆材料。
  4.6 注浆施工为隐蔽工程施工,各种原始记录要完整、准确,以作为注浆工程质量的评定依据。各种原始记录要立档保存。
  4.7 冲孔质量的好坏直接影响注浆质量的好坏,冲洗干净的注浆孔可以提高浆液胶结体与岩石裂隙面的粘结强度和抗渗能力。因此,施工时注浆孔要冲洗干净。
  4.8 在施工中出现的事故及新发现的问题应及时进行处理,以保证施工安全。
  
  5 注浆堵水效果评定
  
  注浆施工结束后,应随机选择或有意识选择薄弱地段打检查孔,检查有无漏水或做压水试验来检验注浆质量。
  
  
  6 结语
  
  我矿通过对斜井掘进作业面注浆堵水工程的应用,使斜井作业面7200~8400m3/d的涌水量降至120~240m3/d,达到了预期的效果,使斜井的开拓工程得以继续。实践证明,在井巷施工中,遇到井下涌水量大时,采用注浆堵水技术是防治井下涌水有效的办法之一。
  
  (编辑 陈志华)

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