开拓巷道穿过特大断层破碎带处注浆实践

赵佰高刘玉波

摘要：南翼集中轨道巷、集中皮带巷均穿过长沟支五断层（落差H=220m），巷道掘进方向与断层走向近45°斜交。断层揭露段巷道开挖后，破坏了原岩应力平衡状态，导致周围岩体由三向应力变为二向应力，再加上应力集中，围岩进一步产生剪切裂缝和裂隙，在应力的作用下，围岩向巷道空间收敛变形严重，为有效控制巷道围岩变形，保证生产期间巷道的稳定，采取合理注浆工程。

关键词：特大断层水文地质钻探注浆

1、工程概况

南翼集中轨道巷、集中皮带巷穿层上山掘进进入七采区。巷道施工过程中主要穿过的岩层为：二迭系石盒子组和山西组、石炭系太原组岩石，以泥岩、砂岩为主。由于巷道变形形成较大的围岩松动圈，锚喷支护、刚性支护均不能有效抵抗深部围岩传递的压力，从而引起巷道进一步严重变形。为保证巷道能正常使用，控制巷道变形程度，经过研究决定对南翼集中轨道巷、集中皮带巷（淋水）构造段巷道采用注浆封堵加固+架棚施工工艺。

2、出水点分布及其涌水情况

集中轨道巷、皮带巷均采用锚网喷支护，其中南翼集中皮带巷（断层破碎带15m）淋水段位于Q115点前35-50m范围内。淋水从巷道拱顶及巷道两帮涌入巷道，淋水点较分散，涌水量2-3m³/h。确定涌水为长沟支五断层裂隙水，水压小、涌水量小，属于局部出水点。

3、注浆封堵设计方案

依据现场涌水量（2-3m³/h）及无压力的情况，初步确定采用局部引流封堵、浅层注浆（围岩注浆改性）、深部注浆加固堵水的方法进行处理。

（1）局部引流封堵

对南翼集中皮带巷断层带（裂隙）的局部涌水点部位，采取集中引流+中空注浆锚杆注浆的方式进行处理。引排孔长度和锚杆长度视具体情况可选用1～5m，注浆材料为水泥浆+水玻璃加固巷道围岩，将涌水集中引排至开裂隙口，然后在裂隙口一定距离向顶板垂直打注浆锚杆进行注浆封闭处理、高压注浆封堵涌水。

注浆治理涌水分为2个过程：①通过局部封堵引流实现减少水量、降低水压的目的，便于后期浆液顺利沉积覆盖在巷帮；②通过深部固结注浆，达到加固围岩，提高围岩的物理力学性质参数。

（2）浅层注浆加固（围岩注浆改性）

通过中空注浆锚杆注浆加固巷道周围0-5m范围内的围岩，提高围岩的强度，充填围岩裂隙，形成抗压止水加固圈，加固方式如下：直接用水泥浆+水玻璃加固巷道围岩，采用φ20mm中空注浆锚杆，开孔φ28mm、孔深3～5m、间距1～2m，梅花形布置，垂直于巷道两帮和顶、底板径向打孔，进行浅层注浆封堵与加固。

（3）深部注浆加固

深部注浆孔深10～12m、间距1～2m，与浅层加固间隔布置，开孔位置、方向、角度、每断面数量均同浅层加固。当浅层加固效果不理想时，即采用深层加固封堵与巷道泥岩顶底板及两帮相连通的水源补给裂隙，保证注浆质量。

4、南翼出水点的治理

治理的基本思路为：

安设金属支架→安设导水管→引流→（局部喷砼）→注浆加固

4.1安设金属支架

在断层破碎带处安设U29型钢支架，U型钢支架排距离800mm-1000mm，5道拉杆连接，保证其整体性。（支架壁后挂金属网）

4.2安设导水管引流

找到涌水点的位置，根据其范围大小和深度加工集水装置，集水装置呈喇叭口形状，收口端连接一根3m左右的钢编胶管（内径约20mm）。钢编胶管一端可用卡子固定在支架柱腿上。

4.3局部喷砼

导水管安装完毕后，对巷道顶板与架棚悬空处采用混凝土喷射机喷实。

4.4注浆

4.4.1钻孔布置

钻孔采用单排布置，每排布置5～7个孔，株距1～1.2m，排距1m，浅孔深度1.0～1.5m；（深孔深度3.5～5.0m，每排布置5个孔，株距2～2.2m，排距2m）并根据巷道与岩石相对位置关系改变钻孔倾角。

巷道需注浆加固段为20m，共布置32排，每排5～7个钻孔，共布置注浆孔190孔，施工中根据实际情况适当进行加密或减少。

4.4.2施工工艺

1、钻孔施工

在井壁上采用YT-27风钻打眼，钻至孔口管深度后，先用清水清洗钻孔。将黄麻缠在注浆锚杆牙扣的部分上，然后将φ20mm注浆锚杆顶入孔中，注浆锚杆外露50～80mm，外接1吋高压球阀。

封好孔口管并打压试验合格后，方可进行注浆施工。

2、注浆设备及材料

①注浆泵：选用2ZBQ-10/10型矿用气动注浆泵。

②注浆桶：注浆桶2个，清水桶2个，水玻璃溶液桶1个。

③混合器：采用三通式，两种单独的注浆液经过混合器成为一种浆液，经化学反应成为胶体，注入巷道壁。

3、注浆材料及浆液配制

注浆材料以单液水泥浆为主，当跑浆严重时，采用C-S双液浆。

单液浆采用32.5R普通硅酸盐水泥配制，水泥浆比重1.2～1.75，C-S双液浆配置采用42Be′水玻璃，双液浆C：S=1：0.5～1：1；

4、注浆量预计

根据扩散半径和岩裂隙率进行计算，公式为

Q=πr2AHnβ

式中Q―――浆液注入量，m3;

r-―――浆液扩散半径，取3m;

n―――裂隙率，取5％

H―――注浆段高，取20m；

β―――浆液在裂隙内有效充填系数，取0.95；

A―――浆液消耗系数，取1.5。

Q=3.14*32*1.5*20*0.05*0.95=40.27m3

水玻璃取浆液体积的十分之二，故水玻璃用量为40.27×2/10×1.4=11.59吨，水泥浆液的体积为40.24×8/10=32.2，按水灰比1:1计算所需水泥为：32.2×0.75=24.1吨，结合以前对类似壁后注浆情况的经验，取水泥用量为：25吨。

4.4.3注浆施工

⑴注浆程序：将吸浆笼头放入清水桶，打开混合器前放浆阀门，再打开孔口管前阀门，启动注浆泵，开始压注清水，无异常现象，可将吸浆笼头移至储浆桶，压注单液浆，当混合器的阀门出现浆液后，关闭阀门进行注浆。注浆结束后，冲洗管路及注浆泵。

⑵在孔口设置泄浆阀门，注浆时，专人观察巷壁，一旦发现巷壁异常，立即停止注浆，并打开孔口泄浆阀泄压。本次注浆主要目的是封堵所有出水点，且要求一定的扩散半径，达到理想的注浆效果。

⑶注浆观测记录

观测记录注浆过程中的注浆压力、浆液浓度、浆液消耗量，发现问题及处理。

⑷冒浆、跑浆事故预防及处理

其征兆是压力突然下降而不回升，或吸浆量突然增大，发现后查找冒浆、跑浆地点，并采取应急措施（用木楔、棉纱封死堵牢）封堵冒浆处，然后采取措施，加大浆液浓度，或采用双液浆并即使调整凝固时间。

5、施工安全技术措施

1、注浆期间，斜井内严禁安排其它工作。

2、搭设脚手架平台时人员必须系安全带，且安全带必须安设在可靠位置。每班均要对脚手架平台牢固进行检查，铺设完成由当班人员检查无误后，方可使用。

3、注浆人员必须携带备用对讲机，采用对讲机通讯。如对讲机损坏，无法联系，则采用工具敲击管道或是用矿灯作为联络信号，应急信号班前重复核对。

4、打眼时，操作人员两侧站立，不得站在风钻后面，以防顶钻伤人。

5、每孔注浆完毕后必须用水泥封闭严实，封孔工作一定要认真，由跟班组长检查后才能结束，打眼所产生的盲孔都要用水泥掺水玻璃封堵。

6、开启高压球阀，泄压阀人员、看吸浆笼头人员一定要与注浆泵操作人员配合好，呼叫得到确认后方可操作。

7、压力表必须安装在水玻璃的管路上，发现压力表失灵及时更换。

8、浆人员要尽量远离注浆孔，开阀门人员要站在混合器两侧。

9、浆结束以后要立即对设备和管路进行全面清洗，孔口管外露部过长部分必须用钢锯割除。

10、如交接班时注浆处于压力逐渐上升阶段，则必须注完本孔后方能交接班。

结语

通过两巷现场架棚+注浆施工，巷道稳定较长时间（3个月）后，测的巷道顶底板移近量最大值121mm（底鼓造成），两帮移近量不明显，使得巷道围岩被有效的控制住，满足正常生产使用要求。