抛渣注浆法在井筒过塌陷区段的应用

陈映儒　潘长鑫

摘 要：在井筒过断层破碎带时常常用到的方法是使用锚杆网片及喷砼联合支护形式，但在围岩为强风化花岗岩且伴随有断层而造成已成型的井筒段井壁坍塌的情况下，采用上述的支护方法难以确保井筒能安全有效的施工。在施工马坑铁矿箕斗井附属工程卸矿仓遇此种情况下，采用抛渣注浆的工艺对井筒段预注浆充填加固，最后获得了成功。

关键词：井筒；断层坍塌；抛渣注浆法

中图分类号：TD265 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0063-01

马坑矿业矿地质赋存条件复杂，断层多、岩溶率大、围岩极为破碎区主要表现为强风化性质，胶结程度差。地质勘探钻孔钻进中常遇漏水和坍塌、取芯率低现象。马坑矿业箕斗井附属硐室卸矿仓+422～372 m标高段在过破碎段时，其岩性主要为强风化花岗岩，胶结性差，由于采用反井钻到硐孔施工工艺，围岩破碎区域长期处于通风风化状态，虽采用锚杆+网片+喷砼联合支护时仍出现矿仓井壁坍塌，如不及时对坍塌段处理，将会造成矿仓的井筒段进一步坍塌，从而破坏已施工的工程，将使损失进一步加大。采用抛渣注浆施工工艺处理的最大优点是施工设备简单，工艺操控方便，适应性强。

1 施工方案

1.1 浇筑混凝土止浆垫层

在+422 m矿仓内浇筑混凝土止浆垫层，从矿仓内塌落的堆积矸石顶部位置一次性浇筑到+422 m矿仓上口水平，止浆垫厚度约5 m；止浆垫浇筑前可预埋注浆孔口管。

1.2 在混凝土止浆垫上部注2排浆孔

在混凝土止浆垫上部施工2排注浆孔，排距2 m，每排6个，孔径φ42 mm，孔深3 m，下入φ42 mm×1 m止浆塞，注浆加固止浆垫上部井壁。

1.3 在矿仓混凝土止浆垫上钻9个孔

在+422 m矿仓混凝土止浆垫上施工钻孔9个。钻孔根据岩石破碎情况分段反复扫孔复注，直至达到设计深度。

2 钻孔设计及孔口管预埋

矿仓注浆钻孔的布置

①注浆孔的孔数按下式计算：

N=3.14（D-2A）/L

式中：D为井筒净径，6.0 m；A为注浆孔与井壁距离，0.5 m；L为注浆孔间距，取2 500 mm。经过计算得：N=6.28，取6个。

②钻孔径向倾角按下式计算：

α=tg-1（S+A）/H

式中：α为钻孔在径向上与竖直轴线的夹角；S为终孔位置在径向上超出净径的距离，取S=5.0 m；A为注浆孔与井壁距离，0.5 m；H为段高，37 m。经过计算得：α≈6 °48 ′，实际施工取7 °z。

先施工2个钻孔充填+422 m～+402 m段塌空，孔深10 m，充填结束后再施工其他7个钻孔。根据现场情况，在塌落严重区域（往电梯井方向）布置4个，外偏8 °，孔深38 m，往箕斗井方向布置钻孔2个，矿仓荒径往中心1 m位置，外偏3 °，孔深37.5 m，矿仓中心布置钻孔1个作为检查孔，垂直钻孔，孔深37 m。

3 砼止浆垫的施工及技术要求

3.1 砼止浆垫厚度计算

采用单级平底型砼止浆垫。砼设计标号为C30。根据平底型止浆垫公式计算厚度：

Bn=kP0r/[σ]+0.3r

式中：P0为注浆终压，50 kg/cm2；[σ]为砼7 d的抗压强度，20 kg/cm2；r为井筒掘进半径，取3.2 m；k为安全系数，取2.5。

根据理论计算，止浆垫应为2.96 m，考虑到工作面现为塌落的浮矸，且+418 m位置出现片帮，最大片帮量1 m，为确保施工安全、方便，止浆垫施工至+422 m矿仓上口水平（与检查巷道下口齐平），厚约5 m。

3.2 砼止浆垫施工

利用箕斗井地面搅拌系统按设计搅拌好混凝土后，在井筒内接溜灰管从溜井斜坡道内至+422 m水平，从井口直接溜灰浇筑止浆垫。施工砼止浆垫时，事先将准备工作做好，确保连续施工，并用震动棒振实，严格按C30砼配合比施工，确保止浆垫施工质量。

3.3 止浆垫以上井壁注浆

施工止浆垫时，观察到+422 m水平上部继续塌方，与矿方研究后决定，在塌空位置内部加设钢筋、锚网，然后喷射混凝土，再从+452 m水平废弃反井钻孔灌浆，浆液由地面搅拌，通过φ159 mm溜灰管直接落入，充填矿仓止浆垫上部塌空区，灌浆高度由+422 m的水平到+429 m的水平，约7 m。

为保证矿仓井壁抗压强度，止浆垫上部井壁需进行壁后注浆加固。设计布置钻孔2排，第一排布置在止浆垫平面上，向下径向倾角45 °，孔深4 m，均匀布置8个；第二排布置在止浆垫上部1 m，垂直井壁，孔深3 m，布置5个（下转65页）（上接63页）。注浆钻孔使用风动凿岩机施工，孔径φ42 mm，下入φ42 mm无缝钢管制作的注浆孔口管，一端加工成马牙扣，缠麻下入孔内，一端加工成丝扣，连接注浆球阀，孔口管长度1 000 mm。

3.4 止浆垫注浆加固

钻孔施工前，应对止浆垫进行注浆加固。通过孔口管，对称扫孔到止浆垫以下，对止浆垫进行充填加固，保证止浆垫与周围岩帮接触面接触密实，使其成为一个整体。加固注浆采用水灰比为2：1～0.75：1的水泥浆；封孔采用灰浆：水玻璃为4：1～2：1（体积比）的双液浆，注浆压力不超过5 MPa。

3.4.1 注浆作业流程

浆液经搅拌系统搅拌后，经注浆泵、输浆管和注浆孔口管进入受注岩层。注浆作业程序如下：接通注浆管路→连接孔口注浆装置→压水试验→定量压清水→注浆→达到注浆终压停泵→冲洗输浆管路→拆洗注浆泵→扫孔或钻进。

3.4.2 浆液的调配

单液水泥浆常用的水灰比为3：1、2.5：1、2：1、1.75：1、1.5：1、1.25：1、1：1、0.75：1、0.6：1和0.5：1；每次注浆的初始浓度根据压水试验测定的单位钻孔吸水量进行选择；注双液浆时，水泥浆与水玻璃体积比例为4：1～2：1。

每个钻孔注浆时，一般先稀后浓。当浆液在裂隙中沉析、充填阶段，若压力不升且进浆量也不减时，应逐渐加大浆液浓度；反之，若压力上升快且进浆量减少，应降低注浆泵量，每更换一次浆液浓度，一般持续20～30 min。

4 结 语

注浆后恢复掘进时，为防止对围岩造成较大的震动，确保安全通过，掘进施工要以“短进尺、弱爆破、强支护、早衬砌”为指导原则。由于破碎带围岩不稳定，虽已注浆加固，在矿仓掘进一次支护时，由锚网喷支护修改为槽钢井圈+喷浆支护，增加一次支护强度。槽钢井圈由18#槽钢加工，间距（中对中）800 mm，每道井圈采用12根锚杆固定，锚杆使用φ20 mm×2 500 mm树脂锚杆，喷浆厚度120 mm，砼等级C20。

参考文献：

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[3] 陈孙强.小导管注浆在软弱围岩隧道进洞施工中的应用[J].福建建设科技，2000，（3）.