化学浆液在矿山箕斗井工作面预注浆中的应用

刘 杰，张小飞

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410019）

1 工程概况

箕斗井场地位于宝岭向斜南翼，其间一逆断层F38穿过，走向与宝岭向斜一致，倾角为75°～80°。揭露地层主要为第四系坡残积层（Qdl+el）上古生界石炭系下统壶天群（C1sh）、测水组（C1C）、梓门桥组（C1z），井筒在施工至标高+292m、+208m、+104m、-240m、-250m、-296m、-365m位置出现了不同程度的涌水（最大涌水量180m3/h），进行了十一次工作面的预注浆，井筒落底后，由于井筒涌水量较大，在标高-326.4m～+269.6m段进行了壁后注浆，最终实测井筒涌水量为4.33m3/h。本文以-250m工作面注浆为例说明化学浆液在矿井掘进中的应用。

2 前期施工情况说明

2.1 工程地质和水文地质

井筒穿过此段矿层主要为砂岩、白云岩、灰岩，岩性特征见表1：

表1 箕斗井-240m注浆段岩性描述表

据工勘资料显示，白云岩、灰岩为主要的含水层，且溶洞、裂隙、断层发育，导水性强，是地表水与地下水直接联系对施工影响较大。观测钻孔的简易抽水试验显示，-246.94m～-248.52m段断层破碎带是导致井筒内涌水增加的主要原因。

2.2 前期施工情况说明

因工勘报告表明-246.94m～-248.52m处有一断层破碎带，井筒掘进至-237.6m时停止掘进，在井底浇筑止浆垫对下部井筒进行超前探水及工作面注浆，注浆高度为60m。经过多次扫孔注浆发现，涌水量呈现水量小压力大的特点，浆液注入量小，注浆效果差。经分析岩层孔隙较小，采用普通水泥浆液和水泥-水玻璃浆液难以满足堵水的需要。

2.3 改性脲醛树脂浆材性能

脲醛树脂类浆材作为化学封堵剂在矿井填堵、加固等领域广泛应用[1]，与水泥类浆材相比，其具有凝胶体强度高，浆液为流动性、渗透性好，凝胶时间可任意控制和调节，与岩体相互粘结性强，脉状渗透面状或扇状扩散为主，价格低廉（相对其余化学浆液）的优点，在水泥水玻璃浆材未取得预期效果的基础上可以起到良好的作用。

3 止浆垫施工

该段井筒前期已进行过预注浆，但由于长期反复注浆探水导致原有止浆垫破损严重，无法达到封水效果。为保证注浆效果，确保安全通过该段含水层，确定铺设新的止浆垫，实施以下方案。

3.1 铺设滤水层

滤水层埋设两排Φ50mm×3.5mm注浆管，接长3.5m，待后期对滤水层进行注浆加固。滤水层上面应保持平整，并铺设一层防水雨布，以避免止浆垫浇筑时混凝土砂浆填充导致滤水层失效。

3.2 工作面排水

设置1个集水滤水桶（Φ500mm，高3.5m），桶体底部与原有止浆垫采用法兰连接，桶体靠底部200mm段加工若干Φ30mm滤水孔，桶体上口采用法兰片形闷盖加垫片用螺栓固定；采用潜水泵，将滤水桶内的工作面涌水排至井口。

3.3 浇筑止浆垫

止浆垫选用平底型止浆垫，注浆终压为12MPa，混凝土强度等级为C30。

依据《建井工程手册》（第四卷）中相关规定计算：

式中：Bn—止浆垫厚度，m；P0—注浆终压，MPa；r—井筒半径，m；[σ]—混凝土允许抗压强度，MPa；fc—28d混凝土极限抗压强度值，MPa；K—安全系数，一般为2～3；

安全系数取为2，经计算止浆垫厚度为3m；考虑止浆垫下部设有滤水层0.5m厚，注浆密实后可与止浆垫联合承载，故止浆垫厚度按3m设计。止浆垫需要与矿井壁紧密连接，浇筑前应对已成型井壁进行打毛处理，并用高压清水进行冲洗。浇筑期间应及时排除工作面积水。止浆垫浇筑好应养护7天方能进行钻孔施工。

3.4 接缝注浆

止浆垫养护好后实施滤水层注浆及止浆垫接缝注浆，注浆材料选用水泥浆和水泥～水玻璃双液浆。

4 注浆设计参数的确定

注浆设计主要要确定注浆材料、注浆压力、有效扩散半径、浆液配比、注浆孔布置、预期效果等。

（1）浆液的选择。该段矿井岩性中普通水泥浆可注性较差，有效扩散半径小，因此采用改性脲醛树脂化学浆进行灌注为主，如具备水泥浆灌注条件，则尽量采用水泥浆。选用邹平县鲁明树脂厂生产的MJ-1型改性脲醛树脂。

（2）浆液配比。改性脲醛树脂的配方按浆液初凝时间3min～5min，终凝时间15min～20min，凝胶时间主要受控于脲醛树脂（A液）与酸性固化剂（B液）的体积比，需要采用注浆泵按照一定的比例（A:B=3:1～4:1）进行注浆。注浆过程中可以根据浆液在注浆体内渗透扩散情况及时调节比例以控制浆液的凝胶时间。

（3）注浆孔参数。鉴于本段井筒地质构造复杂，矿石破碎、涌水量大、裂隙发育且纵横交错连通，注浆孔深度为60m，设16个，布置沿距既有井壁内侧0.3m环向布置，布孔圈径为3.9m，孔间距0.6m。施工时先施工单号孔，后实施双号孔，双号孔兼做检查孔作用。待16个孔注浆钻孔施工完成后，再在距井筒中心1m处实施两个检查孔，用以检查注浆效果并作补充注浆。注浆孔外插角6°～7°，可满足注浆孔孔底距荒径3.0m要求。

（4）预期注浆效果。堵水率85%～90%，检查孔残余水量小于1m3/h。

5 结论

本次注浆时间45d，这一阶段共钻孔扫孔2120m，消耗水泥11.65t，水玻璃6920kg，脲醛树脂浆液A液92.425t，B液350kg，确保了每个注浆孔深度都达到了60m。经检查孔检查发现，涌水量在1m3/h以下，达到了设计要求。注浆结束后进行掘砌施工揭露注浆段岩层裂隙非常发育，裂隙中充填注浆结石体，未见明显出水点。

矿井掘进中对于处理水压高裂隙小的岩层，在普通水泥浆和水泥～水玻璃浆液无法满足注浆效果时，应及时调采用安全可靠的化学浆液，如本例中改性脲醛树脂材料，可以保证注浆效果，保证施工安全，缩短矿井的建设工期。