王艳国
淮河能源控股集团煤业公司张集煤矿，安徽淮南 232001
摘要：由于煤矿开采的深入，断层的受到各种因素的影响，容易出现顶板以及水灾事故，会出现严重的突水，对于煤矿的开采安全会造成影响，对软岩及断层破碎带，常规的方法往往很难达到注浆目的。本文主要分析断层注浆加固技术，仅供参考与借鉴。
关键词：断层破碎带；探钻；注浆参数
随着我国经济的发展，对于能源的消耗能力也在逐步提高，煤矿的开采技术已经得到了较大的提高，但是矿井出现突水后，会给煤矿开采的安全管理带来许多隐患，并会直接导致矿井的产量降低，甚至导致矿井报废，治理断层突水问题是该行业的重大技术课题。随着技术的不断更新，注浆法操作简单、安全性高、可靠性良好、技术先进、效果良好等诸多优点，而受到了较多的关注，成为发展前景广阔的施工工艺。
1 断层突水的原因
断层的地质特征、性能及周围地质环境对其导水性有着直接的影响，包括断层带周边岩体的富水率及其周边的含水岩层的岩性碎裂及裂缝发育情况、隔水层的厚度等，具体内容如下：①断层带周边岩体的富水率。该因素不仅为突水提供了水源，也决定了水量的大小。②含水岩层的岩性碎裂及裂缝发育情况。岩体的裂缝为突水的出现提供了物质基础及流动通道。③隔水层的厚度。隔水层的厚度越大，隔水效果越好，反之则越差。④断层落差及倾角。断层的落差及倾角在一定程度上改变了隔水层的厚度，使之厚度不均匀，直接影响到煤矿开采的工作面及地层与含水层的接触程度。许多中小型断层，在平面方向及垂直方向上，厚度的波动较大，断层的倾角也会随之出现波动。
2概况
淮河能源控股集团张集矿在施工某皮带机大巷，巷道设计断面为5.2*3.7m直墙半圆拱。巷道8°上山施工中，迎头揭露正断层，断层自巷道右帮揭露走至迎头接近巷中位置，断层上盘岩性为细砂岩，下盘为泥岩。根据地质前探钻孔分析：断层落差20m。施工迎头出现明显岩性变化，巷道中偏右出现岩层分界线（断层面）断层面左为灰白色砂岩，右为灰黑色泥岩，迎头右帮肩窝处出现淋水。迎头暂停向前施工，采取套棚过断层淋水点的方式，迎头套棚段进行了喷浆封闭。
3断层带的注浆加固技术
3.1 技术原理
断层带的注浆加固技术即是先在断层带周围的岩体上钻孔，再将浆液注入该岩体内，将灰岩及周围岩体额岩溶裂隙进行大量的填充，并堵住裂隙，封死突水水源流动的通道及防止其自由移动，降低含水层的富水性，且能够使煤层底板隔水层强度提高，保证采煤矿井的施工安全。该施工原理的主要表现形式有以下几种：①将五灰含水层中注入浆液，该浆液会顺着岩溶中的裂隙不断的延伸到各个部位，并不断硬化、结节，将裂隙封死，达到将灰岩中的水分置换出来。②在注浆时，需要给予浆液一定的压力才能使浆液沿着五灰水的通道进行移动，扩散达到一定的范围，将裂隙缩小或者直接封堵，降低五灰水对断裂带的水分供应量。
③注浆在巨大的压力下，通过薄灰裂隙，将隔水层中的导水裂隙安全封闭，胶结后，提高隔水层的强度。
3.2施工准备
3.2.1 设备准备
长距离注浆采用钻机造孔，短距离注浆选用锚索机或风锤造孔，巷道周圈加固注浆采用风锤钻孔，注浆设备选用一台压力15Mpa气动注浆泵、一台液压注浆泵及制浆机一台。
3.2.2材料准备
施工钻注用材料：水泥、水玻璃、孔口管、注浆管路等。
3.2.3现场准备
风水系统的形成:就近接好施工地点的风、水系统。
注浆系统形成：在施工地点选择合适位置摆放注浆泵和储浆桶，连接好注浆管路，形成注浆系统。
3.3 巷道注浆堵水施工技术
3.3.1 超前探水
巷道预注浆堵水与加固，第一步应打探水孔，重点是取好岩芯，判好层。探孔结束时，可以做简易注浆，以便第2步做好注浆堵水加固工程的施工设计。探水孔固管试压可为静水压力的2倍，孔口必须安装防水阀门和防喷装置、压力表等。探水和注浆堵水加固，因目的、要求等不同，不宜合并，否则直接影响注浆堵水加固效果。
3.3.2浆液浓度
相同条件下，浆液越浓，粘度越大，扩散距离越小，当然，浆液的结石率也随浓度而增加。浆液浓度的选择与调整直接关系到注浆的进度和工程质量。认为，基岩裂隙水一般应以浓浆为主，当连续注浆0.5h不见升压或吸浆量不下降时，要提高浆液浓度，当水灰比小于1.0时，每个浓度级连续注入40～50min后再提高浆液浓度。软岩和破碎带因吸水率很小应以稀浆为主，起始浓度水灰比一般为1.5～2.0，因浆液稀，要想保证一定注入量，不能按延续时间做为调整浓度的依据，而应当改为以注入量多少来调整水灰比。
3.3.3 施工工艺
先制作出足量的浆液，并利用注浆管路将注浆置入，并对于注浆压力进行有效的控制。注浆的方式一般选择为连续注浆，是注浆量达到最大值，尽量扩大注浆的活动范围，并达到最大限度填充裂隙的目的。如果巷道出现漏浆、跑浆的现象，则可以选择间歇注浆的方式，间隔的时间一般为4～7 h。注浆材料一般选择FCL-C浆液，封闭空口时应使用水泥单浆液，提高封口的强度及密封性。在泵量上，需要先在钻孔后考察岩溶裂隙的发育情况、终孔的位置、实际涌水量等，设置泵量、泵压等参数。当裂隙发育较为成熟，则需要设置为全泵量；如果裂隙发育不佳时，设置为中泵量；注浆完毕后封孔，应设置为小泵量，孔口压力为水压的3倍左右，并持续20min。施工的一般流程为注浆施工前需要先进行20min左右的防水处理，控制水量，使之能够带出孔内的岩粉。检查并测试施工设备及注浆管路，试验压力一般选择是注浆压力峰值的1.5倍。
3.4 迎头漏顶处充填加固注浆
注浆孔布置：壁后注浆结束后，在迎头漏顶处埋设直径6分普通钢管，1.5m长钢管2根，3m长钢管2根，5m长钢管2根，10m长钢管3～4根。使用锚索机造孔。
注浆顺序：注浆前对迎头喷浆封实，然后由浅到深依次注浆，跑浆时采用双液浆及时封堵。
注浆压力：防止过大压力损坏巷道，注浆压力控制在5MPa，可根据现场注浆情况调整注浆压力。
3.5 巷道超前预注浆
注浆孔布置：巷道迎头顺巷道方向布置三排9个孔，孔深30m。顶部一排3个，向上倾角30°；底板向上1.5m位置一排3个，两边两个向外倾角30°；底板一排3个，向下倾角30°。保证孔深20m处为巷道轮廓线外10m。
4 结束语
巷道过断层首先要打探水钻，并至少有一孔全取芯。该步骤必不可少，为下一步注浆加固工程的施工组织设计提供有力保证。经过注浆方案对巷道加固、堵水，巷道淋水点出水被封堵，采取人工风镐挖掘、架29U型棚的支护方式，巷道顺利通过出水垮落、抽冒段。本方案的成功实施为今后淮南矿区及其他煤矿，类似巷道的施工提供了实践经验，采取何种注浆方案提供事实依据，验证了注浆在巷道施工遇出水、垮落中具有切实有效的堵水及加固效果。
参考文献：
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