过J3底砾岩层暗斜巷预注浆改造方案研究.doc

过J3底砾岩层暗斜巷预注浆改造方案研究 摘要本文阐述了J3底砾岩强含水层内注浆改造方案，探讨了如何克服施工中高承压水和极硬岩石的技术难题,以及针对制定的措施如何进行技术的优化。 关键词 J3底砾岩，高承压水，极硬岩石，注浆改造 工程概况 山东技改过J3底砾岩暗斜井设计真方位46，倾角22，全长1880米，开门于生产矿井辅助水平轨道下山与皮带下山迎头联络巷，设计透于技改风井-700米井底车场。 根据技改井田三维物探资料及实际钻探情况，预计该斜巷穿过J3底砾岩含水层预计151米.本区域J3底砾岩为紫红色，平均厚度约55米，砾岩成分以石英为主，次为石灰岩，含少量其他岩屑。砾石磨圆度高，分选性差，砾径2～5cm，含水性较好，水温30～37℃，水位-22m，水压约5～6MPa，预计单孔涌水量50～75 m3/h.1 1、注浆改造工程设计及施工情况 1．1设计方案 初步砾岩注浆改造工程方案确定为沿巷道设计方向对四周围岩进行钻孔注浆，封堵围岩裂隙及出水通道，在巷道四周形成帷幕加固墙，保证巷道掘进中减少出水，达到安全掘进的目的。 工程设计分为3段施工 第一段在迎头位置巷道两帮施工1钻场， 1钻场共设计钻孔8孔，分别编号为1-1至1-8，其中1-1号钻孔沿巷道方向施工，其他钻孔向巷道四周（终孔距巷道帮10m）施工，对巷道前方60m范围内围岩进行帷幕注浆，达到堵水及加固的目的。 第二段巷道向前掘进50m（留10m钻孔超前距）在巷道两帮施工2钻场， 2钻场共设计钻孔9个，分别编号为2-1至2-9，钻孔设计原则同第一段，对巷道前方70m范围内围岩进行帷幕注浆。 第三段巷道再向前掘进60m（留10m钻孔超前距）在巷道两帮施工3钻场， 3钻场共设计钻孔5孔，分别编号为3-1至3-5，目的对巷道四周砾岩及底板灰岩进行帷幕注浆，达到堵水及加固的目的，钻孔终孔位置穿透砾岩层底板石炭系三灰。 注浆钻孔参数一览表 钻场 孔号 方位角（） 倾角 （） 设计孔深（m） 套管 （Ф127㎜） 终孔层位 1钻场 1-1 47 -22 60 15m 砾岩 1-2 47 -33 61 15m 1-3 47 -11 62 15m 1-4 47 -43 32 15m 1-5 39 -22 61 15m 1-6 55 -22 61 15m 1-7 31 -21 31 15m 1-8 63 -21 31 15m 2钻场 2-1 47 -22 70 15m 2-2 47 -31 71 15m 2-3 47 -12 72 15m 2-4 47 -38 41 15m 2-5 47 -5 43 15m 2-6 40 -22 71 15m 2-7 54 -22 71 15m 2-8 35 -22 41 15m 2-9 59 -22 41 15m 3钻场 3-1 47 -22 59 15m 灰岩底板 3-2 47 -36 44 15m 3-3 47 -14 85 15m 3-4 40 -22 59 15m 3-5 54 -22 59 15m 合计 共22孔 1226 330 1．2 注浆堵水钻孔结构 钻孔开孔孔径Ф130mm，深15m左右，下入Ф127mm套管，耐压试验压力不低于10.0 Map。终孔孔径不小于Ф75mm。 1.3 砾岩层内钻探注浆的显著特点 该砾石层预注浆堵水工程参考太原组灰岩内注浆加固的经验，钻孔控制范围对巷道形成包围，以达到巷道周围形成帷幕墙，隔绝底砾岩高承压水对巷道的安全威胁。设计注浆浆液扩散半径为控制在巷道四周10m范围之内，即封闭加固巷道四周大约10m范围内的裂隙，以形成帷幕注浆态势。 第一段工程实际完成钻孔11个，钻探进尺940.45m，注浆用PO.32.5R普通硅酸盐水泥455.7吨。 现场施工中，由于缺乏对砾石层帷幕注浆加固的经验，在技术上遇到了前所未有的困难，主要表现在一是岩石硬度高，砾石结核为石英，可钻性级别达12级，但其为灰质胶结，由于岩石软硬不均，造成钻探进尺慢，设备破坏严重、工具磨损快。注浆后扫孔偏孔率高；二是水文地质条件异常复杂，水压高，岩层富水性极强。几乎每个钻孔都揭露多个含水点，且水量、水压不等。经现场钻孔揭露含水层时的观测,初始水压在4.4-5.6 Map范围之内。分析临矿金庄煤矿砾石层淹井事故（2004年枣庄市金庄煤矿“6.20”特大突水，最大涌水量超过3000m3/h），发现该砾石层富水性极强，静储量大，虽然局部可以疏干，但矿井排水系统改造升级条件不具备，只能依靠对砾岩内富水构造进行预注浆加固堵水，才能保证巷道安全掘进，实现东西井的顺利贯通。三是注浆难度大，注浆泵压高。由于砾岩层水头压力在4.4-5.6 Map，一般的活塞式注浆泵难以克服此高压注浆，使工程一时处于被动状态，表现为在注浆开始向孔内压清水时，泵压明显比相应含水层的静水压高，造成无法注浆。在注浆时，配置的水泥浆液密度一旦超过1.4kg/cm3, 注浆压力会持续升高，最高达21Mpa，这也是本矿砾岩层内注浆加固的显著特点。 1．4 砾岩层内的含水构造发育情况 从施工中还发现砾石层内中部裂隙发育，含水丰富。断层交错，形成钻进中因软硬岩石交错引发注浆后扫孔偏孔，无法保证钻孔的设计轨迹。在钻进中多孔多次揭露破碎带引发塌孔埋钻给施工造成了较大的难度。 在第一段多个钻孔施工中，曾经出现 个别钻孔出水点在注浆中串浆现象，而且经分析这些串浆点所处的深度、方位不同，从钻孔出水、坍塌情况分析，不同的含水构造区都有水力联系，说明砾岩层内的含水构造复杂，相互贯通，给注浆资料分析带来很大难度，在第一段巷道掘进中，揭露了两个断层带，验证了我们的分析。 2、施工方案优化及施工工艺研究 2.1 第一段施工资料分析 1、从第一段各钻孔的施工情况来看，注浆各孔联通性较差，大部分孔都不连通，仅有少量钻孔注浆中出现联通现象，说明砾石层内含水体各自独立而且互不联通。但在整个砾石层水位抬高到一定程度后，才互相连接成一个水体。在注浆中压力较高时，由于压力作用使破碎带地层遭到破坏后，造成部分钻孔串浆。 图1第一段过砾岩层巷道注浆堵水钻孔终孔位置分布图意图 2、由于岩石的软硬不均，在施工中经常造成偏孔现象，局部塌孔反复扫孔对钻机造成破坏，钻机老化、钻具材料消耗严重。 3、在静止水压一致的情况下，含水量越大，注浆越容易。随着注浆量的增加，同一含水层裂隙会被逐步充填变小，从而造成注浆压力增加。 4、经过巷道开拓检验，注浆改造后巷道掘进揭露的裂隙封闭良好，在第一段巷道掘进40m过程中验证，出水量不大于5 m3/h，说明第一段工程无论从设计还是到施工还是比较合理有效的。 附一期注浆各孔注浆改造终孔位置图。 2.2 对第二段注浆施工方案的优化调整 结合第一段施工的经验教训，对第二段注浆堵水施工方案进行优化调整如下 1、钻孔布置分别对一期各孔含水点深度、出水量、注浆量和注浆压力的分析，目的就是找出相对裂隙比较发育的区域，便于在第二阶段有目的有重点地进行布孔，以减少打钻注浆的工程量，节约工期，减少材料消耗。本段堵水的总体思路是分三批次最多5个钻孔进行施工。首先分别在巷道的左下侧，左侧布置两个钻孔，分别控制巷道底板和左侧区域，孔号分别为2-1、2-2；第二批次布置两个钻孔分别在巷道的左上侧和巷道的右中侧，分别为2-3、2-4；最后施工一个检查孔，布置在巷道右侧靠近腰线位置。孔号为1-5，控制巷道的右上侧。该孔既作为检查孔使用，也作为注浆孔使用。 但总的原则是，当前两批次有三个钻孔打到终孔设计深度，揭露的含水层水量较少且注浆量合适（一个含水层注浆量超过20吨，）时，可以考虑把2-4调整在右侧腰线偏下位置，作为检查和放水钻孔，当此钻孔水量较少时，可以进行开拓巷道的施工。 否则，按照5个钻孔或者根据情况增加钻孔进行注浆加固。 附各钻孔基本参数见表2 第二段注浆堵水钻孔布置 表2 孔 号 真方位 （） 顶 角 （） 深度 （m） 备 注 2-1 41 -21 67 开孔左侧、终孔右中部 2-2 46 -29 67 开孔右侧、终孔左下部 2-3 46 -13 67 开孔左侧、终孔左上部 2-4 51 -21 67 开孔右侧、终孔右中部 2-5 46 -19 67 开孔右侧、终孔右上部 小计 335 2、注浆结束标准 第二段工程一般在注浆初期，含水点水量超过20m3/h或者在地层破碎带，静止水压不超过4.6mpa时，注浆终压可以控制在12.5-14.5mpa；当静止水压超过4.6mpa，而且水量小于20 m3/h和钻孔注浆靠近尾声时，注浆终压可以适当加大到14.5mpa以上，甚至到20mpa.但是尽量保持不要超过18mpa。 3、注浆工艺 在钻探过程中，遇到出水量大于3 m3/h时就必须注浆，由上而下逐步对钻孔揭露的裂隙通道及破碎带进行封堵加固。浆液采用单液水泥浆进行，水泥浆液密度本着先稀后稠的原则进行，比重一般控制在1.2-1.6之间。 3、结论 在侏罗系砾岩层内巷道掘进一般采用疏水降压方式，把砾岩层内静储水疏干后再掘进，该巷过砾岩层时采用预注浆加固工艺经查新在国内还属首次，也有很多课题需要研究和解决。 本工程主要研究了在砾岩层内软硬不均地层内的钻探工艺，在以静储量为主的高承压水条件下的注浆工艺，并提出了对巷道周围帷幕注浆加固新的思路和观点，对开辟砾岩层内等类似条件下的巷道安全掘进提供了参考依据。 参考文献 1、 黄德发，王宗敏，杨彬．地层注浆堵水与加固施工技术． 徐州中国矿业大学出版社，2004.06 2、 陈崇柱，潘光明、吴超．井下钻孔套管封闭方法探讨． 济南山东煤炭科技，2005.10附英文 摘要/关键词 Abstract This article elaborated in the J3 basal conglomerate strong water-bearing stratum the note thick liquid transation plan, how did discuss has overcome in the construction the high confined water and extremely the hard rock technical difficult problem, as well as how carried on technical in view of the ulation measure the optimization. Key word The J3 basal conglomerate, the high confined water, the hard rock, pours the thick liquid transation extremely 7