浅论煤矿掘进遇断层破碎带注浆堵水施工技术

[摘 要]本文从“断层破碎带反映的工程地质特征、注浆技术在断层破碎带的应用、注浆应用实例分析”等几方面，浅析煤矿井巷施工遇到断层破碎带出水注浆堵水的技术处理措施。

[关键词]井巷施工；断层破碎带；注浆技术措施

中图分类号：TV223.3+2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）05-0368-01

1 综述

煤矿井下巷道施工中，常使用注浆技术，特别是近年来应用较多、较广。它实质上就是利用一定的注浆设备，将注浆材料注入到巷道的裂隙、孔隙、洞穴之中，达到堵水、帷幕防渗和加固围岩的作用。它是根据受注地层的岩性、构造及注浆目的所决定的，一般可分为基岩帷幕注浆、陷落柱充填注浆和破碎带加固注浆。在此就断层破碎带注浆进行探讨。

2 断层破碎带反映的工程地质特征

1）反映的工程地质特征。井下断层带是断层运动的应力集中部位，由此形成了不同于其它部位的特殊地质形态，其发育着一系列密集的破裂面或杂乱堆积着由断层运动形成的岩石碎块、碎屑及后来充填的断层泥等，再加上张节理、剪节理等伴生构造，工程地质条件都相当复杂。

2）反映的水文地质特征。该断层一般分为导水和非导水断层，因断层破碎带岩石松散、破碎、杂乱无章，即使是非导水断层，经过开掘、机械震动等外力作用，从而形成导水通道，并将其他含水层的水导入，严重时会淹巷。工程施工时都预留断层保护区域，若必须穿过该层时，就要准备断层破碎带的加固和堵水。

3 注浆技术在断层破碎带的应用

井巷施工遇到断层破碎带、软岩或细小裂隙含水层等复杂地质条件时，必须采取有效地注浆堵水和加固技术措施。

1）要提高可注性。对原生态的阻水断层破碎带，水泥浆的可注性则差，往往达不到浆液注入量及效果，从而降低了堵水和加固效果。为获得较好的堵水加固效果，国外常使用超细水泥或化学浆液作注浆材料，国内则普遍使用普通水泥，加上特殊的注浆技术措施，这样也能取得较好的效果。下面介绍几种注浆技术方法：①预处理法：注浆前先向孔内压入经过稀释的水玻璃溶液（浓度1825Be′）。水玻璃注到岩石裂隙后，对裂隙面有很大的作用，能提高岩层对浆液的吸收能力，可明显增加注入量。注浆施工的顺序：压水加压稀释水玻璃压入不少于水玻璃的水注浆。②压裂法注浆：即劈裂注浆或挤压注浆。利用浆液的传压作用在含水层中挤开通道，造成裂隙间的相互沟通或扩大细小裂隙的开度，从而提高岩层的可注性。注浆初期以稀浆为主，水灰比为3：4，稀浆液中的水泥颗粒在脉冲压力的作用下对压开和沟通的裂隙能够起到支撑作用，一旦压开或扩大裂隙后即转入注浆阶段。常采用缓慢升压法找出注浆泵排量明显增大时的压力值作注浆压力。压开裂隙后，压力就会下降，此时即可进入正常注浆。为防止压开裂隙重新闭合，应连续进行注浆。③同层钻进、交替注浆法：采用同层钻进轮流交替注浆，使高压浆液通过软弱岩层窜通其它钻孔，进行置换和挤压作用，这也能明显增加注入量。当有浆液从其它钻孔冒出时，立即关闭钻孔，继续注浆，使浆液进一步扩散。

2）要限制浆液扩散。断层破碎带放水注浆，要控制浆液不至于扩散太远，这样会浪费注浆材料，延长工期，降低注浆效果。可采用如下措施限控：①定量注浆，多次复注：初期注入量较大，先使浆液充填空洞和极松散部位，待其部位基本被浆液凝固体占据后，再采用定量注浆、多次复注的注浆工艺，这可节约注浆材料，也能提高注浆效果。②注浆材料、浆液配比合理选择：采用综合注浆技术，要根据实际情况选择各种注浆材料及浆液的配比。如单液水泥浆、水泥和水玻璃双液浆、水泥速凝浆、粘土水泥稠化浆等浆液可供选择，或根据情况加入适量的惰性材料（如沙子、锯末等）。基本原则是先浓浆后稀浆，先其它浆液后单液浆。③适当减小注浆段高：为达到目的层位注浆，可适当减小注浆段高，这可以增大注浆目的性，提高注浆效果。④延长复注时间：适当延长复注时间，可提高浆液凝胶程度，并限制浆液扩散距离，节材又能达到注浆目的。

4 注浆应用实例分析

某矿运输平巷开掘时，遇见一断层破碎带，迎头遭遇突水而造成淹井，水位-97m，在排水量 600m3/h，前后累计排水120万m3时，最大降深100m，停止排水后水位平衡于-155m处。平巷突水后，专家结合水质分析报告，对此出水情况进行了分析，认为水源来自矿体底部的奥陶系石灰岩含水层。突水通道有两种可能：一是矿体与奥陶系灰岩之间有断层存在，破坏了岩层的连续性，断层破碎带成为奥灰水进入矿体的通道；二是可能有小型的构造组合与奥陶系灰岩沟通形成出水通道。处理措施如下：

1）确定注浆方案。地面布孔，利用综合注浆技术对突水通道及突水点局部进行封堵，形成一定强度、厚度注浆帷幕，隔绝与奥灰水的联系，并加固断层破碎带及围岩。

2）采用注浆工艺。以小段高多次复注的下行注浆方式，利用KWS提拉式止浆塞达到止浆目的。断层破碎带上部为工艺注浆，段高为2025m，断层破碎带为重点注浆段，段高1015m。

3）钻孔施工方法。钻进方法：冲积层采用摆锤式钻具组合，即Ф215mm牙轮+Ф159mm钻铤+Ф89mm钻杆，开孔做到保直、轻压、大泵量钻进。钻孔进入较完整基岩后，下入Ф168mm套管，并采用水泥封闭套管外环间隙。基岩钻进采用Ф118mm牙轮+ Ф102mm 加重杆+Ф89mm钻杆钻进组合，钻进冲洗液为清水。钻孔定向及导斜钻进：采用先进的定向导斜技术，保证注浆工程的连续性和目的性，节约了工期和钻孔费用。①定向：主要采用JJX-3型和JDT-5型陀螺仪及DX-18型单点定向仪及偏心导斜器，满足高精度定向导斜孔的施工。②造斜钻进：采用随钻可提式导斜器和可取式导斜器造斜，导斜钻成小眼后，经扩孔后使孔径达原径。

4）选择注浆参数。①扩散半径：为保证注浆帷幕强度，注浆扩散半径设计为15m，其破碎带注浆，裂隙大小、发育程度等在不同层段和方向上差异很大，因此在不同层段和方向上扩散距离是不同的，则在采用不同浆液中进行调节。②注浆压力：为抵抗出水点压力，保证扩散半径，设计注浆压力为静水压力的1.5～2.0倍，为保证注浆质量，采用上限值2.0倍（即注浆压力为3.5～4.5MPa）。③浆液种类和浆液配比：浆液种类以单液水泥浆为主，配以水泥―水玻璃双液浆、粘土水泥稠化浆及水泥速凝浆进行综合注浆。水泥浆浓度（水灰比）0.6：1～1.25：1。先用单液浓浆或其它浆液，注浆结束时使用1.25：1的单液稀水泥浆（不同浆液配比及适用范围，不再敷述）。④注浆程序：每次注浆施工程序：造孔下塞接管路配浆注浆调整注浆参数注浆结束压清水冲洗管路及设备提塞扫孔复注或下一段钻进。⑤扫孔和复注时间：扫孔时间为注浆结束后8小时（以注浆段内浆液能托住钻具为准，否则延长扫孔时间）。复注时间定为16～24h，较多采用24h。⑥注浆结束标准：为保证注浆堵水和加固质量，每段注浆结束标准为，注浆压力P≥4.5MPa，浆液浓度（水灰比）不小于1.25∶1，注浆终量Q≤60l/min，稳定时间大于20min。

5）注浆堵水效果评价。本工程施工了两个钻孔和两个分枝孔，累计钻探工程量857.5m，注浆71次，注浆液1127.9m3，用水泥996.5t，水玻璃5.68m3，速凝剂4.25t，膨润土14.56t。最终从涌水量 600m3/h降到10m3/h，堵水率高达98%以上。说明该注浆堵水过程是非常成功的。

5 结语

在井巷施工中，遇见断层破碎带，处理程序应为：①先进行预注浆，做好注浆帷幕，这既可降低成本、节约工期，又能达到相应的堵水目的；②注浆施工前，先查清出水水源、过水通道，做到有目标；③弄清地质条件、工程概况，选择合理的技术方案、措施，优化注浆设备、材料、技术参数等匹配，以获得较为理想的注浆效果和目的。

参考文献

[1] 赵斌，等.注浆堵水加固技术及其应用[M].北京：煤炭工业出版社，1998.

[2] 齐清，等.应对中段走向断层的技术措施[J]有色金属，2010（1）：8-10.