地面预注浆技术在治理断层破碎带区域中的应用研究

2014-12-11朱岩庆闫满志王文才

中国科技纵横 2014年18期

关键词：井筒岩层浆液

朱岩庆闫满志王文才

(河北钢铁集团矿业有限公司司家营田兴铁矿,河北唐山 063701)

地面预注浆技术在治理断层破碎带区域中的应用研究

朱岩庆闫满志王文才

(河北钢铁集团矿业有限公司司家营田兴铁矿,河北唐山 063701)

近年来,很多工程都不可避免的面对断层破碎带问题。本文在详细分析具体案例的基础上,介绍了断层破碎带的地质特征,分析了地面预注浆的基本原理和技术控制措施,并结合工程案例,浅谈了地面预注浆技术在治理断层破碎带中的应用。

地面预注浆施工断层破碎带

根据其构造岩的不同，断层破碎带呈现不同的特征，然而，断层破碎带在工程应用中多表现出性能差这一特点，而实际工程中，又不可避免的面对断层破碎带。为了满足工程的施工质量和使用要求，当遇到断层破碎带时需要采取措施对其进行处理。地面预注浆技术就是经常使用的措施之一。

1 断层破碎带的地质特征

断层破碎带根据其构造岩的不同而具备不同的地质特性。断层泥的隔水性强，厚度变化大，岩体结构面抗剪性能差，是抗滑稳定分析中的控制因素；角砾岩分为有胶结和未胶结，有胶结的一般较坚牢，但软弱泥化夹层工程性能较差，未胶结的岩块之间为泥质物填充，性质很差。

2 地面预注浆的基本原理和技术控制措施

地面预注浆是通过一定的加压设备将水泥浆液注入岩层，在岩层孔隙内形成强度高、渗透性低的水泥和岩层的结合体。浆液的整个注入过程可以分为四个阶段。

(1)提高注浆压力，当注浆压力超过静水压力和流动阻力之后，浆液开始进入岩层中的孔隙；(2)浆液在岩层孔隙中流动，大裂隙开始缩小，小裂隙被填充，继续提高注浆压力，使浆液流动的更远；(3)由于注浆压力大，浆液将岩层中的泥质等不良填充体冲破，提高岩层填充体的性质；(4)浆液完成充填、压实、凝固等过程，形成全封闭裂隙。

在实际工程中，通过调节一些注浆参数来对预注浆技术进行几个技术控制。具体参数如下：(1)扩散半径：主要与岩层性质有关，当前主要参考压水实验的相关参数(2)注浆浆液：主要是指填充地层裂缝、孔隙的物质，并且是实现地层加固的关键。(3)注浆压力：实现浆液的扩散、充实是注浆压力的主要作用。注浆压力主要与净水压力、过流断面尺寸、浆液粘滞性、裂缝及孔隙的粗糙度等因素有关。(4)浆液注入量：为了保证工程的经济性，需要提前预估浆液的注入量，而浆液扩散半径和地层的裂隙率是两个主要的参考参数。一般用公式Q=A ·π·R2·H ·n· B /β来预估浆液注入量。其中：Q是浆液注入量；A是注浆消耗系数，不同类型的浆液不同；R是扩散半径；H是注浆段长度，需要根据实际工程确定；n为裂隙率，一般根据实际工程确定；B是浆液填充系数；是浆液结实率。(5)注浆结束标准：注浆的结束标准一般可分为两个，一是最终吸浆量(即浆液注至最后的允许吸浆量)，另一个是达到设计压力时的持续时间。一般而言，注浆终压达到设计要求，吸浆量为20L/min～60L/min，稳定20min～30min，即可认为达到结束标准。

3 案例介绍

(1)工程基本情况：为了改善田兴铁矿1#副井井筒施工中遇到的大量涌水的恶劣环境，加快施工进度，采用了地面预注浆技术施工，工程共布置8个注浆孔，孔深714m，采用环形注浆的方法对井筒周围进行注浆，50m为一次注浆段高。以6#注浆孔为例，其中破碎带有两段，第一段：600m-618m共18m的破碎带；第二段628m-635m共 7m的破碎带。通过对钻孔岩芯的分析发现，断层破碎带是散体—裂隙破碎状，高角度节理裂隙发育程度高，也是主要的过水通道。此外，钻孔塌落严重，从破碎带中取出的岩芯RQD值基本可以认为是0。这些情况都表明，仅仅依靠设计的段高内一次性注浆结束方式已经不能达到稳定效果，需要进行其他来增强岩体强度。

表1

(2)施工流程：经选择采取分压法为主，间歇法辅助的注浆方法。采用下行式小泵量注浆，小于200L/min。采用相对高浓度的浆液(原粘土水泥浆粘度24s，比重1．27-1．34)，1m3粘土水泥浆配200kg～250kg水泥，30L水玻璃。表1是3次注浆的详细情况。

(3)施工工艺：经过数据分析，由于两段破碎带在一个注浆段高600m-650m，经优化方案决定采取分压法为主，间歇法辅助的注浆方法，以堵住涌水，保证注浆效果。钻孔分为3次先后进行分压注浆，第一次注到终压的50%；第二次注到终压的80%，第三次注到要求终压。(注：最好不超过3次)

(4)注意事项：1)注浆开始时，根据压水实验压力，确定初始浆液比例。2)注浆过程中，如发现压力长时间无变化，甚至有下降的现象，可视为跑浆，应采取间歇注浆或者加骨料(锯末)，如跑浆严重，需注入10m3到15m3单液浆，制止跑浆现象。3)3次注浆的复注间隔时间应逐渐加大，起止浆塞后，养护时间12-24小时，然后扫孔，等待复注。

(5)效果分析：检查预注浆的效果，分别采取了取岩芯分析、井筒岩石稳定性分析、岩—浆复合体分析。通过分析结果表明：断层破碎带中的裂隙填充饱满，加固效果明显；注浆后井筒掘进时围岩中涌水量几乎为零。