下峪口矿皮带平硐一标段全砂层巷道注水玻璃加固技术研究

（韩城矿业公司下峪口煤矿, 陕西 韩城 715405）

下峪口矿皮带平硐一标段全砂层巷道注水玻璃加固技术研究

李永革 金锡键

（韩城矿业公司下峪口煤矿, 陕西 韩城 715405）

下峪口矿产业升级改造项目皮带平硐一标段处于全砂层地质条件中，通过采用注水玻璃加固技术使得巷道安全穿越了地面建筑物密集区域，取得了良好的技术经济效益和社会效益，为该矿在本地区同类地质条件下矿山建设奠定了基础。

全砂层巷道;水玻璃;注浆加固;超前支护

1 概述

下峪口矿产业升级改造项目井巷工程主皮带平硐设计长度为4270米（不含辅助巷道），皮带平硐一标段工程全长为1612米，根据地质钻孔资料该标段处于全砂层地质条件中，且巷道穿越区域地面建筑物密集，建筑物与巷道顶板法线距离较近，巷道掘进过程中曾出现工作面严重漏砂冒顶，造成地面建筑出现大量裂缝及不均匀沉降，影响其正常使用，造成较为恶劣的社会影响和经济损失。因此，寻找安全可靠的砂层加固方案显得尤为重要，在西安建筑科技大学岩土工程研究所科研成果的基础上，采用注水玻璃对砂层进行超前加固，取得了良好的效果。

2 注水玻璃加固机理

水玻璃是一种水溶性硅酸盐，其粘结力强，强度较，高耐酸碱性高，常作为建筑材料使用。在该砂层巷道中为了防止漏砂冒顶现象的发生，将水玻璃和氯化钙溶液交替压注到工作面前方的砂层中，生成的硅酸凝胶使注浆小导管周围的砂体胶凝成直径为20～35cm结构强度较高的砂柱，采用全断面小导管超前注浆将硐室周围松软砂土体预先加固，形成支护壳体，起到超前支护作用。其适用于自稳时间很短或无自稳能力的砂层、砂卵（砾）石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋和处理塌方等地段。小导管超前注浆施工简单且注浆时间短，可达到加固、防渗、堵漏的目的，大大降低了开挖时的漏砂冒顶以及片帮，有效地控制地层的下沉，从而减少了地表的沉降量及对地表建筑物的危害。

3 注浆加固工艺及技术参数

3.1 注浆加固工艺

超前小导管注浆加固技术是沿开挖巷道到或地下工程外轮廓线以一定的角度打入（或钻孔插入）带花孔的小导管，然后以一定的压力沿小导管注入浆液的加固技术。

3.2 注浆技术参数

3.2.1 钻孔

钻孔采用风煤钻施工，直径42mm，孔深3.5～4.0m。其中拱顶周边孔的深度为4.0m，钻孔的倾角为10º±2º，拱顶三区孔的深度为3.5m,钻孔倾角为15º±2º，工作面的孔深为4.0m,钻孔的倾角为10º±2º。为防止注浆过程中，水玻璃浆液及氯化钙溶液沿着相邻孔中流失，注浆时应隔两个孔位注浆。

合理的注浆孔间距应使两钻孔间的砂体在设计的注浆量及注浆压力下得到较好的加固，因此合理的孔间距取决于注浆后注浆扩散加固体的直径，根据西安建筑科技大学岩土研究所室内试验及现场砂层注浆试验结果，最大的扩散半径为35cm，因而钻孔间距取为30cm，全断面布孔63个。

3.2.2 注浆量的计算

注浆选用水玻璃浆液，波美度39，凝胶时间13～15分钟，其参数要求是：水玻璃模数3.27; Cacl2溶液浓度为25%，Cacl2与水的质量比为1:3 。CaCl2、水、水玻璃的质量比为1:3:10。注浆顺序：水玻璃Na2SiO3（加10%热水）→ CaCl2水溶液（加速凝剂）。

根据注浆孔距，浆液有效扩散直径按350mm计算。如果砂层密度发生变化，在保持原注浆压力的情况下，注浆扩散半径将会扩大，及时调整相关参数。

根据现场所取的砂样计算砂层的平均密度为1.82 g/cm3,孔隙率为0.365，每孔的注浆量为：Q=KπR2Lη=1.2×3.14× 0.352÷4×5.0×0.365=0.211 m3

式中：R—浆液扩散半径，m

L—注浆段长，m，

η—砂层孔隙率

K—修正系数，与浆液、砂层的种类、充填率和浆液消耗有关，一般1.1～1.3，本设计取1.2。

双液法按照水玻璃和氯化钙溶液各占一半，则水玻璃每孔注浆量为0.11 m3，氯化钙溶液亦为0.11 m3。

3.2.3 注浆压力和流量

合理的注浆压力一般应根据地层条件计算，然后由试验具体确定，根据该标段砂层的密度，含水率、空隙率及现场试验结果，确定注浆压力范围为，正常压力为0.2～0.65MPa，注浆终压为0.6～0.9MPa，以现场试验数据为准。注浆系统应作耐压试验，试验压力一般不低于1.2～1.5倍的注浆终压，并维持10～15分钟不泄压。注浆流量一般为10～15L/min，最大不宜超过20 L/min。

3.3 注水玻璃加固效果

通过开挖对注浆质量进行检验，注水玻璃加固后，原工作面及其拱顶松散的砂体胶结为整体，形成超前支护的壳体，结构强度较高，开挖过程中无漏砂现象，基本上杜绝了冒顶现象及地面建筑物墙体开裂和不均匀沉降；同时作用在支护结构上的初期围岩压力比采用注水玻璃加固砂层之前减小，围岩压力由最初的松动压力转变为形变压力，减小了变形，进一步保证了巷道围岩及支护体的稳定。

结语

（1）为了解决全砂层巷道掘进过程中漏砂冒顶的问题，避免地面建筑物的开裂及不均匀沉降，采用注水玻璃的技术进行超前支护。（2）按照合适的浆液比例进行预加固，砂体强度要比原砂样的强度提高，结构性较强，开挖过程中无漏砂现象，基本上杜绝了冒顶现象及地面建筑物墙体开裂和不均匀沉降，按实际施工情况可满足工程需要。（3）注水玻璃加固后，作用在支护结构上的初期围岩压力比采用注水玻璃加固砂层之前减小，围岩压力由最初的松动压力转变为形变压力，减小了变形，进一步保证了巷道围岩及支护体的稳定。（4）通过采用注水玻璃加固技术使得巷道安全穿越了地面建筑物密集区域，取得了良好的技术经济效益和社会效益，为该矿在本地区同类地质条件下矿山建设奠定了基础。

[1]赵振中，宋顺，郭旭华，曾维勇．郑州矿区三软煤层底板注浆加固技术[J]．煤炭科学技术，2007,35（5）．

[2]王永健．三软极不稳定煤层合理采放煤工艺分析[J]．煤炭工程，2002（8）．

TD26

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