双液帷幕注浆技术在断层破碎带堵水的应用研究

王宏宇,赵伏军,2,徐燕飞,申培文,彭 云

(1.湖南科技大学能源与安全工程学院， 湖南 湘潭 411201; 2.湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室， 湖南 湘潭 411201)

宝梨断层为倾向正断层，位于周源山煤矿井田东北翼边界宝源河一带，与宝源河相交段河宽22m，断层出露长度43m。断层走向120°～135°，倾角55°～70°，落差70～90m，切割了矿井含煤地层的全部岩层。断层内岩石破碎，河床所见断层破碎带局部宽达1.2m。由于该断层属于张性断层，属含、导水断层并且与地面水系有直接联系，故导致该矿井北翼涌水量的增大(达300m3/h以上)。给矿井北翼的采掘生产带来了一定的安全威胁，开采过程中必须先探后采，否则极易发生透水事故。为了避免由于断层水引发矿井水灾事故，周源山矿采用双液帷幕注浆技术及铺设钢筋砼层对该断层进行堵水，并取得了良好效果。

1 帷幕注浆原理及技术要求

通过注浆对断层裂隙带岩体中饱和性质的粉砂、中细砂以及卵石进行补强加固。具体过程为渗透、劈裂扩散、填充和挤密四部分。浆液在压力作用下向钻孔周围土体中发生渗透、劈裂扩散。浆液包裹泥土团，而土体间的孔隙、裂隙被水泥颗粒填充。水泥中的硅酸二钙发生水解和水化反应，产生氢氧化钙。氢氧化钙与水玻璃发生反应，生成细分散状的凝胶体-水化硅酸钙。浆液凝固后形成强度较高、水稳定性较好的水泥结石体，从而使地基挤密，固结强度增高，达到高压注浆形成固结帷幕止水带。

注浆后要达到如下要求：①保证浆液对断层空隙的密实充填，在断层面周围形成隔水帷幕，阻断宝梨河与断层之间的水力联系；②注浆堵水效果以减少渗透率达到85%～90%为基本目标。

2 施工方案

断层所经河床相交面面积为100m2，为了确保堵水成功率，采用打孔注浆和地表浇注钢筋砼结合的方法。双液注浆孔采用两排孔径为Φ91mm的孔，按三花眼形式布置。第一排孔距断层1.5m，第一、二排孔间距为1.5m，采用直线形布置，每排孔与孔之间距离为2.0m，

孔深为嵌入断层5.0m。打好钻孔后立即用煤电钻扫孔、装入注浆管，并开始注浆。注浆完毕后，在断层与河床交面区域一定面积的河床面现浇钢筋砼，浇注面积为200m2，砼层厚0.3m，浇注体积约60m3，砼内铺设Φ6.5@200×200的钢筋网。现浇前要对所浇区域河床进行平整，面积为200m2。主要施工顺序为：钻孔→插管→制浆→注浆→注浆轴线放样→整平河床→铺设钢筋网→浇注混凝土。

3 注浆工艺及注意事项

3.1 钻眼及装浆孔

按设计要求的注浆孔参数布置，打注浆孔。钻跟时要待前一个注浆孔注浆即将结束时，再钻下一个注浆孔，以防止出现跑浆和串浆现象。

各段注浆管连接的丝扣缠生麻，利用煤电钻将注浆管装入孔内。并对裸露在地表的注浆管进行标记，以防注浆管在施工过程中弯曲而影响注浆效果。

3.2 试泵

用清水试注浆泵及注浆管路、搅拌桶，确保注浆系统运行良好。

严格按浆液配制比例配制，并搅拌均匀，搅拌5～10min后注浆，注浆过程中仍要不断搅拌。制好的浆液在进入混合器前，加过滤网严格过滤浆液以免堵塞注浆管。 注浆。孔口采用混凝土栓塞封闭。在注浆泵的出浆阀上安装流量计和压力表，在吸浆阀上安装脚门。注浆过程中，通过观测流量计和压力表，根据需要随时调节双液比例。在混合器上分别安装水泥浆液和水玻璃溶液的控制阀门。一旦停泵后，应立即关闭水泥浆液和水玻璃溶液两阀门，防止水泥浆液和水玻璃溶液串浆混合器堵塞高压注浆管。注浆过程中，严禁更换水泥浆液和水玻璃溶液的管路。注浆采用单孔连续注浆和多孔反复注浆以保证注浆效果。

3.3 变浆标准

1) 灌浆浆液应由稀到浓逐级变换。当灌浆压力保持不变,注入率持续减少时,或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时,不得改变水灰比。

2) 当某一比级浆液注入量已达300 L以上,或灌注时间已达30 min,而灌浆压力和注入率均无显著改变时,应换浓一级水灰比浆液灌注。

3) 当注入率大于30 L/ min时,根据施工具体情况经设计,可越级变浓。

清洗。单孔达到停注标准时，为防止浆液在管路中凝结，停注前要压清水5～10min冲洗管路、注浆泵等。

3.4 跑浆的处理

双液注浆时出现点、缝轻微跑浆属正常现象，但如从裂缝或孔洞出现严重跑浆，则须及时采取措施：如出现孔洞跑浆可用术楔(最好缠麻丝)楔入堵塞；如出现接茬或较大缝隙严重跑浆，则可停注一会儿再注(停注时间一般控制在4～5min)，停注前要压清水0.5～1min冲洗管路，或适当提高水玻璃液浓度并采取间歇式注浆(注入一定量出现跑浆现象时停注1～2min，这种情况下须严防浆液堵塞混合器管路)。当渗漏段注浆结束后，仍存在渗漏部位或出现新的渗漏点时，须在渗漏部位附近补深孔进行注浆，直至渗漏点消失为止。

4 注浆效果检查

本次断层防漏帷幕灌浆工程，累计完成注浆钻孔470m ，注浆91.2m3，灌注水泥50t，水玻璃0.5t。为检查注浆施工的质量情况， 根据施工具体情况并结合注浆成果资料，布置了3个检查孔，并自下而上分段做了15段压水试验。从压水试验结果来看，渗透系数最大为5Lu。另外，从探孔观察、取样分析, 注浆时有浆体渗出, 最后取出的岩样, 裂隙间充填凝固浆体饱满, 注浆效果显著。说明该断层注浆防渗达到了预期的效果。在工程施工完毕后，矿井北翼涌水量有了明显的减小。

5 结语

通过采用双液注浆和铺设钢筋砼层治理宝梨断层漏水，较好地解决了周源山煤矿井田东北翼边界宝源河一带涌水问题，为矿井的安全生产提供了有效的保证。此项成果从注浆方面讲，可用于发育至地表导水性断层的堵水，也可用于煤矿井下过断层工作面的治水，还可以用于工作面预注浆；从作用方面讲，不但能有效解决因断层漏水导致的矿井涌水，也能进行断层破碎带岩层的加固。困此，此项技术可在采矿工程类似条件下推广应用。

[1] 易凯,张迎华.象山隧道帷幕注浆快速施工技术探讨[J].隧道建设,2010,30(1):87-83.

[2] 代聪,宋鹏飞,王爱华.某深基坑工程止水帷幕透水渗漏的防治[J].青岛理工大学学报,2010,31(1):114-117.

[3] 赵杰,薛怀军.注浆堵水技术在井壁防治水中的实践与探索[J].山东煤炭科技,2010(1):172-174.

[4] 杨力.浅谈小湾大坝帷幕灌浆施工工艺[J].水利与建筑工程学报，2010,8(1):155-159.

[5] 朱克法.帷幕注浆施工技术在隧道断层破碎带中的应用[J].铁道建筑技术，2006,7(13):47-49.

[6] 申瑞龙.化学洼浆治理井简涌水的技术[J].科技情报开发与经济，2008,18(34):180-181.

[7] 任晓光.帷幕注浆法预加固隧道周壁围岩及止水理论与实践[J]. 铁道建筑技术，2009,4(2):130-132.

[8] JGJ/T 211-2010, 建筑工程水泥-水玻璃双液注浆技术规程[S].

[9] DL 5331-2005,水电水利工程钻孔压水试验规程[S].