某矿穿越粉细砂地层巷道硅化注浆加固技术研究

1、某矿穿越粉细砂地层巷道硅化注浆加固技术研究 某矿穿越粉细砂地层巷道硅化注浆加固技术研究 【摘 要】某矿产业升级改造工程皮带巷道穿越粉细砂层的过程中，由于粉细砂地层工程地质条件的复杂性以及施工方案的不当，导致巷道掘进过程中发生屡次漏顶、片帮而无法继续施工。鉴于此，采用超前预注浆加固技术，向工作面前方及顶部注入硅酸凝胶材料对粉细砂层进行化学改进，通过注浆加固有效的提高了粉细砂的物理力学性能，保证了巷道掘进工作的平安顺利进行，同时为相似地质条件的地下工程提供了技术借鉴。 【关键词】粉细砂；硅化注浆；加固 1 工程概况 下峪口煤矿位于韩城市龙门镇陕晋交界、黄河以西、108国道以北。为了提高原煤生产能力

2、，实现原煤运输皮带化，下峪口矿进行产业升级改造，设计新建一条皮带平硐，开口位于矿机电工厂院内，设计方位角为299°1000，开口埋深68m，向西北延伸埋深逐渐加大，其轴线上方地面沿途经过矿生产区、家属区、学校、村庄等约13栋各类建筑，且建筑物密集，穿越区域地质条件为河流沉积相粉细砂层。工程开工后由于粉细砂的工程性质极差，掘进过程中顶帮支护相当困难，极易发生漏顶片帮事故，造成地面塌陷楼房墙体开裂等情况，工程不得不中断。在此情况下，应采取工程措施予以处置。 2 处理方案的选择 本工程属于深埋暗挖区间单孔巷道工程，平硐断面尺寸较大，掘进断面积为19.02m?，平硐穿越区域粉细砂层较厚，结构

3、松散且自稳能力及渗透性差，掘进时围岩应力释放，易发生坍塌、漏顶、片帮等事故，给施工及巷道穿越区域地面建筑物的平安造成极为不利的影响。为了防止巷道掘进过程中事故的发生，减小巷道变形以及巷道开挖引起的地面变形，保证工程工程的顺利施工，在现有掘进支护技术的根底上，结合本工程特点和工程地质条件，采取硅化注浆加固技术对巷道砂层进行超前注浆加固。 3 注浆加固设计 3.1 注浆材料 注浆材料采用流动性好、粘度适中的水玻璃和氯化钙溶液。其主要特点是在粉细砂层中的可注性好，加固效果显著，对环境无污染，且浆材来源广，价格廉价。 水玻璃的技术指标：模数为3.3，波美度39°Be，凝胶时间1315min；

4、氯化钙溶液浓度为25%；三乙醇胺相对密度1.121.13，浓度98%，起早强作用。氯化钙和水玻璃的体积比为1：1，三乙醇胺的掺量按基材的0.2%0.5%计算。 3.2 注浆压力 根据室内试验及现场模型试验结果，以及现有注浆经验，选择注浆的正常压力为0.20.65MPa，注浆终压为0.60.8MPa，注浆过程中以现场注浆压力为准。 3.3 注浆量及扩散半径 根据室内模拟注浆试验以及现场模型试验，浆液的有效扩散直径按350mm。注浆段长度根据注浆孔深度、导管的长度以及施工器具确定，工程中设计小导管长度为4.0m，因此注浆段计算长度为3.5m。如果砂层密度发生变化，在保持设计注浆压力的情况下，浆液扩

5、散半径将会扩大，当及时调整相关参数。粉细砂的孔隙率为0.365，根据以下公式计算每孔的注浆量： Q=Kr2Ln 式中：Q每孔的注浆量；L注浆段长度；n粉细砂层孔隙率；K修正系数，与浆液、砂层的种类、充填率和浆液消耗有关，本设计取1.1。 3.4 注浆范围及注浆孔的布设 注浆加固的范围应根据注浆目的、注浆加固体的力学性能以及防渗特性确定。为了改善拱顶砂体力学性能，减小支护初期的围岩压力，防止工作面剪切破坏，确定注浆加固范围为巷道全断面，并将巷道全断面的注浆范围划分为三个区域，全断面布孔63个。 一区：28个注浆孔，称为周边眼。即沿着平硐设计外轮廓线布设，环向间距300mm，小导管长度4.0m，外

6、插角度10°±2°，其中拱顶中心线两侧小导管采用40钢管，其余采用40的PVC管材。 二区：22个注浆孔，称为前置眼。沿外轮廓线内收450mm环向间距600mm布设11个注浆孔，称为二圈眼；工作面上间隔700mm布设11个注浆孔，称为大肚子眼。小导管采用4.0m长的40 PVC管材，以向上10°倾角打入砂层。 三区：13个注浆孔，称为大角度眼。其沿着拱部120°扇形区间隔300mm布置，小导管长度4.0m，外插角度25°30°，采用40的无缝钢管。 通过一区、二区和三区的注浆加固，形成了砂层巷道的“空间加固支护体系，有效的控

7、制了围岩塑性区的开展，减小了作用在支护结构上的围岩压力以及地表的沉降变形，确保巷道工作面的稳定和地面建筑物的平安。 4 注浆施工 4.1 注浆工艺流程 注浆准备：封闭工作面，砂层外表用C20喷射混凝土封闭10cm，并对前一循环注浆管进行封闭，以免浆液从小导管中泄露；布置注浆站，因巷道内场地狭小，管路较多，应将浆液桶、注浆泵、注浆管路置于工作面前方并靠边，减小工作面钻孔和注浆相互干扰，提高工效；根据设计注浆量，浆材应堆放在距离工作面较近但又不影响工作面施工的位置，一般距离工作面1015m。 封孔注浆：封孔是注浆工程能否进行、保证注浆质量的关键因素，决定着注浆能否成功。封孔采用专用封孔器，同时用棉

8、纱混合水泥、速凝剂和水玻璃搅拌均匀，填塞导管与钻孔间的孔隙，并将其击实。封孔完成后连接管路，在确保注浆设备及动力无故障情况下开始注浆，先注入水玻璃主剂，待注入的水玻璃量到达设计时，再注入氯化钙溶液。注浆过程中做好注浆记录，即每孔的注浆时间、注浆压力、注浆量等。 掘进开挖：当注浆效果到达设计要求，砂体强度得到提高后，方可进行开挖。 4.2 注浆效果检测 注浆工程是地下隐蔽工程，注浆效果的好坏直接关系到注浆工程的成败。目前注浆效果的检测方法有挖探、钻探和物探。限于现场设备的紧缺，故挖探是直接也是最有效的检测方法，挖探时必须密切注意顶板及帮部砂层的变化，以便及时采取措施，防止意外的发生。其次是根据各

9、孔注浆量分析浆液是否完全充填砂层孔隙，假设砂层孔隙中浆液的充填率到达92%，即可进行开挖；假设充填率过低，应补孔补注，保证加固效果。 4.3 开挖考前须知 开挖前应在工作面前方准备假设干沙袋及排水设备，一旦发生涌水、涌砂及时用沙袋封堵，并及时抽排水。开挖严格分区分层分块，尽量减小施工震动，并及时安装钢拱架，迅速喷浆封闭。 5 结论 通过对注浆孔位进行功能分区设计，将全断面划分为三个注浆区域：一区为主要注浆区，注浆导管与加固体共同形成注浆管棚支护体系，承载洞顶荷载；二区为辅助注浆区，目的是为了加强掌子面砂层的稳定性，防止剪切破坏；三区为加强注浆区，用以改善拱顶砂体力学性能，协同一区承载拱并共同承受上部荷载。通过三个区域注浆加固，形成了粉细砂层巷道“空