注浆加固技术在断层治理中的应用

薛文和

摘 要：注浆加固技术施工工艺简单、容易操作、成本低，而且加固效果好,可黏结或固结遭各种类型破坏的松动圈及破碎带,是松散围岩巷道治理的有效途径。文章具体阐述了注浆加固技术在煤矿断层治理中的具体应用过程。

关键词：断层；注浆加固；预注浆

引言

注浆加固，就是通过造孔，将注浆浆液注入围岩中，靠注浆压力使浆液向围岩的裂隙扩散，使岩体形成一个加固带，即注浆帷幕，从而提高岩体的整体性、增强围岩强度的一种技术。加固注浆施工工艺简单、容易操作、成本低，而且加固效果好,可黏结或固结遭各种类型破坏的松动圈及破碎带,是松散围岩巷道维修的有效途径。加固注浆适用于各种破坏形成的巷道，尤其对一些围岩破坏严重的巷道,其效果就更加明显。该项技术不仅可用于维护已遭破坏的井巷,还可用于新掘巷道的预注浆加固等。

1注浆加固原理

加固注浆的主要工艺原理是采取下堵、上封、中间渗透的方法，进行钻注。先注薄弱段即下堵，堵住松动裂隙，迫使浆液上帘和外渗。上封，即在每一分段上部软弱层偏下部钻注，形成固结圈，封住浆液沿外壁上帘的通道，迫使浆液沿水平方向或向下扩散。当完成下堵上封之后，对重点区段进行往浆加固,以使浆液在软弱层内渗透扩散固结形成抗压帷幕。

2工程概况

某矿施工的胶带机巷，巷道设计总工程量850m，巷道设计断面为5.2*4.2，直墙半圆拱，巷道6°上山施工中，迎头揭露高差5m正断层，岩层破碎，断层上盘岩性为细砂岩，下盘为泥岩，预计涌水量较大，断层段采用套棚施工，为确保安全施工，我们对断层采取了预注浆加固技术。

3注浆材料
  3.1 水泥注浆材料选择

针对渗流速大于10－4cm/s的岩石裂缝，最佳注浆加固材料是水泥浆液。水泥材料具备一定粒径，普通硅酸盐水泥其粒径常常不少于0.088mm，改性后的525号普通硅酸盐的粒径均不低于0.040mm。由此可见水泥浆液均只能满足0.1mm以上的缝隙加固。
  3.2 选择最佳化学注浆材料

许多高分子有机化学类的注浆材料多被使用于某些颗粒型悬浊液注浆加固材料不能渗入的岩土工程中，以及其他的防堵渗漏和加固补强的项目工程。因溶胶分散相粒径小，因此常被应用于岩土和矿山等项目。本项目工程中，施工巷道所处采空区或其周围，该岩层以泥岩为主，残留着很多微小的裂缝，结合各类因素选定最佳加固材料为漏必堵CM-21和固安特CM-11。其中漏必堵CM-21材料常应用于井下的密封和填充，属于一类高分子聚合填充封堵的泡沫材料，常应用于井下结构的密封和填充，其隔气性和柔韧性非常好，可燃性很低，且不续燃，是瓦斯封闭和火灾处理的最佳材料，同时其反应速度非常高，膨胀率和抗压力特性也很高。固安特CM-11材料是树脂和催化剂以体积比1∶1组合形成，属于一类高分子双液型注浆加固材料，广泛应用于井下结构松散或破碎的煤岩体的注浆加固施工，有效解决了片帮、渗水、冒顶等相关技术问题，其特点是黏合性很强，反应速度随条件不同会有所变化，具有较强的机械性能，地层黏合效果非常好且效果持久。对于细微缝隙的渗透加固有着显著效果，可有效应用于加固破碎煤岩体及细小缝隙的封堵施工中。

4 注浆方案

本次注浆总体方案：采用迎头15m范围壁后加固注浆和迎头漏顶处充填加固注浆、巷道超前预注浆相结合的方式。

4.1迎头15m范围壁后加固注浆

钻孔布置：迎头10m范围内，注浆孔间排距2.3*3m,孔深2m,下直径4分1m长套管。设备选用15MPa气动注浆泵，先注单液浆，如漏浆，采取注加水玻璃的双液浆。

迎头15m范围内，注浆孔间排距3*3m，孔深10m，下直径4分8m长套管，封孔长度不小于1m，封孔材料选用久米纳。设备选用15MPa气动注浆泵，先注单液浆，如漏浆，采取注加水玻璃的双液浆。

注浆压力：浅孔注浆终压3MPa。为了确保浆液充分进入岩体裂隙内，深孔实施高压注浆，注浆终压10MPa。

检验：注浆结束后，现场指定施工检验孔，采用注清水的方式进行检验。

4.2 迎头漏顶处充填加固注浆

注浆孔布置：壁后注浆结束后，在迎头漏顶处埋设直径6分普通钢管，1.5m长钢管2根，3m长钢管2根，5m长钢管2根，10m长钢管3～4根。使用锚索机造孔。

注浆顺序：注浆前对迎头喷浆封实，然后由浅到深依次注浆，跑浆时采用双液浆及时封堵。

注浆压力：防止过大压力损坏巷道，注浆压力控制在5MPa，可根据现场注浆情况调整注浆压力。

4.3 巷道超前预注浆

注浆孔布置：巷道迎头顺巷道方向布置三排9个孔，孔深30m。顶部一排3个，向上倾角30°；底板向上1.5m位置一排3个，两边两个向外倾角30°；底板一排3个，向下倾角30°。保证孔深20m处为巷道轮廓线外10m。

孔口管规格：巷道注浆孔下Ф108mm岩芯管，管长不小于8m。

注浆压力：深孔注浆终压10MPa。

4.4 防漏浆技术
  顶帮注浆期间当遇到漏浆情况时，要暂停注浆泵或调整节流阀，降低注浆速度，停泵时间不能超过3 min，每3 min左右开一次注浆泵，让活塞往返运动两次，然后停止注浆泵，如此反复，直到已经注入的浆液强度足够封堵住漏浆裂隙为止，然后继续正常开泵注浆；当遇到裂隙比较大的漏浆通道时，可以用棉纱塞住漏浆通道，辅助浆液封堵漏浆通道。

5注浆材料及浆液配制
  接下来就是浆料的配制和注浆。工程师要综合各种各样的化学、物理信息进行合理的设计，选择最为合适的浆料。工人们要依据工程设计给出的方案，对浆料的配比进行严格的控制。在搅拌时要注意搅拌速度。注浆时一旦发现漏浆现象就要及时改变注浆方式，确保注浆的质量可以通过调节调压阀来改变注浆中的压力，从而达到控制注浆量的目的。

6注浆施工步骤
  1）准备好注浆材料、注浆设备、封孔装置等；2）把注浆材料、泵及其附件等运至施工地点，准备约30L清水，用于施工前试验及施工后清洗泵；3）将吸液管、注浆软管与泵连接好；4）将泵与压风管路连接，检查泵的润滑油量是否满足要求，开泵检查能否正常运转；5）将注浆管与封孔器连接好插入注浆孔内，将封孔器置于设计位置，开始注浆；6）注浆流程。检查泵及注浆管路连接等情况→打开输出阀门→冲开封孔器压力塞→开始注浆→暂停注浆→继续注浆→结束注浆→用清水清洗泵和注浆管路；7）在注浆过程中，必须注意观察泵及巷道四周状况，当泵的压力指示数值达到8 MPa以上或煤壁有返浆情况，停止在该孔注浆，转移至下一孔注浆，如此循环，直至加固施工结束。

7结束语

经过注浆方案对巷道加固、堵水，巷道淋水点出水被封堵，采取人工风镐挖掘、架29U型棚的支护方式，巷道顺利通过出水垮落、抽冒段。本方案的成功实施为今后淮南矿区及其他煤矿，类似巷道的施工提供了实践经验，采取何种注浆方案提供事实依据，验证了注浆在巷道施工遇出水、垮落中具有切实有效的堵水及加固效果。

参考文献
  ［1］李亚辉.化乐煤矿泥化软岩巷道支护及快速掘进技术研究[D].中国矿业大学，2015.
  ［2］张金山，赵志云.平沟煤矿巷道注浆加固技术[J].现代矿业，2012，28（3）：103-104.