软弱岩层巷道塌方区防渗加固治理技术

董亚宁，王帮策，陈能革

([1]马钢集团矿业有限公司 安徽马鞍山 243000)([2]马钢张庄矿业有限责任公司 安徽马鞍山 243000)

软弱岩层巷道塌方区防渗加固治理技术

董亚宁1，王帮策2，陈能革1

([1]马钢集团矿业有限公司 安徽马鞍山 243000)([2]马钢张庄矿业有限责任公司 安徽马鞍山 243000)

通过对姑山铁矿挂帮矿软弱岩层巷道塌方区水文地质的综合分析，提出了钢筋混凝土砌碹、回填灌浆、固结灌浆等综合治理技术，从而保证安全可靠地通过姑山采场挂帮矿-138 m塌方区巷道。

塌方；灌浆；加固

姑山铁矿经过五十多年的露天开采，浅部铁矿体已基本采完，露采难度逐年加大，年采矿石量逐年下降，矿山生产已不能适应马钢经济战略发展的需求。近年来，姑山铁矿正通过技术创新，采用地下开采方式回收露天采场的挂帮矿。

矿区位于钟姑背斜南端东翼，为钟姑铁矿田的主要组成部分。矿体赋存于辉长闪长岩与围岩接触带的内带及其附近。矿体呈似层状、透镜状，向四周倾斜，北部倾角为40°-60°，南部较缓，尤其12-8勘探线间一部分矿体近于水平,矿体厚度10 m-140 m，平均厚度为60 m左右。

挂帮矿开采范围为露天采场东部4号勘探线～青山河堤保护界线之间的矿体。该地段的矿体向东延伸，走向近似南北,开采范围内-58 m-130 m之间各中段的矿体矿石储量，共有矿石储量649.19万t。

1 工程概况

姑山采场挂帮矿-138 m巷道在掘至 152 m 处时，因巷道围岩裂隙渗水不断将围岩软弱夹层中的泥质物带出产生渗透破坏，造成掌子面右侧顶部塌方，坍塌量达250余m3，虽已对巷道采取了钢结构的支护措施，但钢结构已严重变形，采掘工作无法进行。

-138 m巷道围岩渗水主要表现为基岩裂隙水，掌子面处最大涌水量约60 m3/h左右，主要沿掌子面右帮顶部塌方处及掌子面左帮顶部锚固孔涌出，涌水处已形成水柱。根据姑山矿已有的工程水文地质资料分析，渗透水来源主要为上覆第四系砂卵石层中的承压水沿基岩裂隙向巷道渗漏所致。必须对巷道掌子面进行综合治理。

2 截水防渗综合治理技术

2.1 治理原则

针对姑山采场-138 m巷道掌子面的现场实际情况，确定如下截水防渗加固处理原则：

(1)先处理塌方，再巷道支护，后进行探水截水防渗加固治理。

(2)目前巷道掘进部位围岩比较破碎，掌子面右帮软弱夹层在渗水淘蚀下已坍塌，无法在巷道两侧刷帮扩帮，灌浆作业因孔口管无法固定而无法施工。为便于后续的灌浆和采矿施工作业，保证施工安全，须先期在巷道坍塌部位进行全断面混凝土支护。

(3)巷道掌子面已沿岩体裂隙形成较为通畅的透水路径，且裂隙水的补给来源面广，为确保巷道在一定的掘进范围内不再发生涌水塌方等事故，需进行探水截水防渗处理，在巷道掘进前方一定范围内形成外围帷幕注浆截水固结圈，确保在帷幕保护范围内的采掘安全。

2.2 治理方案

先在巷道掌子面处对已发生变形部位的洞段进行钢筋混凝土衬砌，混凝土采用C25强度等级，墙厚1 m，墙高与洞顶闭合，钢筋两层，直筋采用Ф25、横筋Ф14、间距20 cm，混凝土保护层10 cm。保证巷道掌子面具备施工条件下再进行截水防渗灌浆施工。

当混凝土衬墙达到一定强度后，先进行掌子面右顶塌方处理。处理方案按充填固结并兼顾防渗要求进行，具体步骤：回填固结灌浆钻孔施工→回填固结灌浆检查孔施工→探水孔施工。施工时，具体灌浆工艺、材料应根据先导孔查明的钻孔内涌水流量、压力情况通过灌浆试验确定。

3 工程施工

3.1 设备安装

由于现场施工场地有限，根据施工现场的实际条件，在掌子面前安设一台YGK-300坑道钻机，先施工回填灌浆孔，再施工固结孔，最后施工检查孔、探水孔。钻机等需要经常移动的设备根据各孔位情况进行安装调试，灌浆泵及制浆系统布置在钻孔作业区后部。采用黑旋风泵对钻孔进行灌注，不需要经常移动的水泥平台脚手架、高速制浆机、搅拌机一次安装调试完毕。

3.2 钻孔施工

施工流程见图1。

3.2.1 钻孔布置

沿掌子面混凝土衬墙前巷道四周布置2圈回填固结灌浆孔，孔距1.5 m，排距2.5 m，第一圈靠混凝土衬墙布置，第二圈离混凝土衬墙2.5 m。回填灌浆孔编号分别为：GK1-1、GK1-2、GK1-3，其余为固结灌浆孔。回填固结灌浆孔施工完毕后，在掌子面中心布置检查孔JC-1孔，见图2。

回填固结灌浆孔及检查孔施工完毕后，在巷道掘进前方布置1个探水孔，钻孔编号为TS1-1孔。通过全孔取芯，用以准确判岩体的完整性程度、裂隙发育规律、充填物性状，以便指导下一步的决策工作。

图1 施工流程图

图2 回填、固结及探水孔布置示意图

3.2.2 钻孔施工

(1)各类孔位严格按照方案位置放样定位，偏差不超过10 cm；

(2)孔深确保到达塌空区顶部为原则；

(3)探水孔开孔直径Φ110 mm，钻进至6 m后，埋设Φ108 mm孔口管，孔口管牢固埋设，确保涌水出现后能快速有效处理。

(4)各类孔斜应严格控制，终孔斜度应严格控制在2°以内。

(5)检查孔、探水孔岩芯按序摆放，统一编号和编录、照相。

(6)钻孔遇涌水时，及时进行准确量测流量与压力，并采取有效的灌浆封堵处理措施。

(7)检查孔、探水孔压水试验压力按涌水压力+1 MPa进行，回填灌浆压力按0.2 MPa-0.5 MPa，固结灌浆压力按0.8 MPa-1.2 MPa进行。

(8)各类钻孔、压水、灌浆资料及时整理上报，供后续灌浆施工决策使用。

(9)检查孔、探水孔施工：检查孔、探水孔施工除满足以上要求外，钻探施工过程中还做好如下工作：进行全孔取芯，并做压水试验，压水试验按规范执行。对检查孔、探水孔所取得的岩心摆放整齐，及时、准确地做好施工原始班报表记录工作和地层岩心编录工作。施工过程中发生的特殊情况如：钻进速度突然加快或减慢，孔内浆液漏失等情况，断层及破碎带的厚度，及时做好记录，并通知技术负责人。

3.3 压水试验

(1)压水试验压力按涌水压力+1 MPa进行。

(2)压水试验段长孔口段6 m，其余按10 m考虑。

(3)钻孔、压水、灌浆资料及时整理上报，供后续灌浆施工决策使用。

(4)钻孔遇涌水时，及时进行灌浆。遇特殊情况不能及时灌浆，及时关闭止水阀。

3.4 灌浆

3.4.1 单排灌浆孔施工布置

根据钻孔施工的先后次序先进行掌子面前塌方区域内的回填灌浆，再进行固结灌浆，然后进行回填固结检查孔施工，最后施工探水孔。

3.4.2 灌浆材料

此次灌浆的目的是进行塌空区灌浆回填和围岩裂隙截水防渗，主要灌注水泥-水玻璃浆液，主要材料为：水泥、外加剂等。

水泥：采用性能稳定、强度达42.5 MPa以上，质量符合要求的普通硅酸盐水泥。

水：符合《混凝土用水标准》JGJ63-2006。

外加剂: 满足稳定浆液配制和灌注要求。

3.4.3 灌浆方法

回填灌浆采用栓塞孔口止浆法，栓塞置入衬砌混凝土内。由于灌浆材料中需要加入速凝剂水玻璃，灌浆方法采用纯压式灌浆方法，灌浆管伸入塌落部位顶部，一次性连续灌注充填已架空的空隙。

固结灌浆采用栓塞孔口止浆法，栓塞置入衬砌混凝土内。灌浆方法采用纯压式灌浆方法，灌浆管下入孔底，一次性连续灌注。

探水孔灌浆采用孔口封闭自外而内分段纯压式灌浆方法。该方法一方面具有不埋塞、可对已钻孔段的破碎岩体进行反复灌浆加固，有利于内部孔段的钻孔灌浆施工，另一方面可根据孔内情况对涌水随时实施灌浆封堵，即一旦钻遇涌水，可立即采取灌浆处理；此外钻孔外部岩体裂隙可反复得到灌注，堵水防渗效果可得到可靠保证。不足之处即增加了部分扫孔工作量、孔内灌浆工作管长、孔容有一定占浆消耗。

3.4.4 灌入量控制

为保证塌空区灌浆回填和围岩裂隙截水防渗的有效形成，并为保证爆破松动圈以外帷幕幕体不受爆破破坏，本工程灌入量不受限制，应尽可能灌入水泥-水玻璃浆液，完成的工程量见表1。

表1 主要工程量表

3.4.5 结束标准

回填灌浆孔：灌浆压力及结束标准：Ⅰ序孔灌浆压力达到0.2 MPa，Ⅱ序孔灌浆压力达到0.5 MPa便可结束灌浆，具体的灌浆压力可根据现场施工时的实际情况进行调整，以不产生围岩抬动和混凝土衬墙破坏变形为原则。

固结灌浆孔：灌浆压力及结束标准：Ⅰ序孔灌浆压力达到0.8 MPa，Ⅱ序孔灌浆压力达到1.2 MPa便可结束灌浆，具体的灌浆压力可根据现场施工时的实际情况进行调整，以不产生围岩抬动和混凝土衬墙破坏变形为原则。

3.4.6 封孔

各个孔终孔灌浆完成后，将0.6：1的单液水泥浆液注满全孔封孔。

3.5 工程质量

3.5.1 质量控制

建立关键质量控制点，编制了过程控制质量自检的相关技术要求，根据现行防治水及注浆规范，对相应质量关键点均控制严密。

3.5.2 质量评价

(1)全部钻孔灌浆经过质量检查100%符合设计要求， 质量合格。

(2)单位灌入量第一圈Ⅰ序孔1197.9 kg/m，Ⅱ序孔1274.3 kg/m，第二圈Ⅰ序孔236.7 kg/m，Ⅱ序孔216.7 kg/m，从圈数上看，第一圈>第二圈孔，从序次上看，Ⅰ序>Ⅱ序，符合逐排、逐序递减的正常规律。从统计情况表明，灌浆质量良好。

(3)灌浆过程中，各序孔的孔内涌水量降低明显，从回填孔GK1-3全孔涌水量26.0 m3/h逐渐降低到检查孔JC-1孔全孔0.2 m3/h，部分后续施工的上部孔，如GK2-7 、GK2-8、GK2-10等孔，全孔钻孔完毕后基本无涌水现象，这充分表明通过先灌孔灌浆后塌方区域逐步被回填固结形成整体防渗帷幕，不断地封堵塌方区域中大的漏水途径，通过后序孔灌浆的闭合，帷幕防渗功能不断加强，最终保证了帷幕的整体形成。

(4)检查孔JC-1钻孔深度为10. 0 m测得全孔涌水量0.2 m3/h，检查孔压水试验透水率q=4.32Lu，检查孔合格率达到100%，达到了防渗质量标准：灌后岩体透水率≤5Lu。

(5)开挖效果，巷道掌子面已坍塌部位不再坍塌，回填固结灌浆完成后掌子面处涌水量少于3 m3/h，巷道掌子面处能正常掘进作业。

4 结论

姑山采场挂帮矿-138平洞巷道掌子面回填固结探水防渗处理工程施工按治理方案要求完成。经过灌浆孔耗量分析和检查孔压水试验、检查孔涌水流量测量等多种检测手段表明，防渗帷幕已经整体形成。

不同检测方法表明，施工完成的塌空区域回填固结及围岩裂隙内的防渗帷幕工程质量满足规范要求，帷幕的防渗止水效果良好。塌方区注浆段巷道开挖15 m后巷道断面残余涌水量小于3 m3/h，达到了掌子面正常掘进作业要求。

[1] 中国矿业大学.井巷设计与施工[M].江苏：中国矿业大学出版社，2004

[2] 董亚宁.定向预注浆在复杂富水断层中的实践[J].现代矿业，2011，3

[3] 董亚宁.复杂富水断层截水防渗综合治理[J].安徽冶金科技职业学院学报，2013.2

Anti-seepage Reinforcement and Control Technology ofRoadway Landslide Area in Soft Rock Stratum

DONG Ya-ning， WANG Bang-ce，CHEN Neng-ge

After comprehensivly analysing the hydrogeological of soft rock stratum of hanging wall ore above the roadway landslide area in Gushan Iron Mine, this paper proposed a comprehensive management technology with reinforced concrete and bricklaying , backfill grouting, consolidation grouting to ensure the roadway safely and reliably pass through the -138m landslide area in hanging wall ore of Gushan Iron Mine.

landslide； grouting；reinforcement

2013-12-20

董亚宁(1966-)，男，马钢集团矿业有限公司工程管理部，高级工程师，马钢一等津贴技术专家。长年从事矿井建设工作，在国内刊物发表论文多篇。

TD853：TU761.1+1

B

1672-9994(2014)01-0027-04