黑龙江龙煤矿山建设有限公司 黑龙江省鸡西市 158100
摘要：煤矿井巷工程注浆多采用纯压式注浆方式，虽然设备简单、操作方便，但浆液流动速度较慢，容易沉淀，堵塞岩层缝隙和管路，注浆效果差。鸟山副井修复施工中应用了水利水电工程的固结灌浆技术，该项技术采用自动化监控系统监控灌浆全过程，能准确掌握灌浆压力、进浆量等数据，使灌浆工艺更加精细科学，浆液配比精确并可随时监测密度变化及时进行调整，灌浆效果好、计量准确。配合鹤岗新智科技公司研制的复合性浆液，成功解决了井筒治理难题。
关键词：岩体固结灌浆技术；井筒修复；循环式灌浆
引言
龙煤集团鹤岗分公司鸟山煤矿副井井深1004.8m，净直径7m，井筒地面标高+305m，在-500m～-650m标高段施工过程中始终伴有一倾角85°的近直立断层，断层一盘为破碎火山角砾岩，另一盘为凝灰岩，具有膨胀性。在井筒掘砌施工过程中曾有过井壁开裂、混凝土脱落、环筋变形的压力显现。施工到井底连接处时，井壁受压严重破坏，液压金属模板严重变形，井壁最大移近量440mm。随后采用向井筒内填砂方式保持井筒受压平衡、注化学浆液加固岩体、破除井壁重新施工的修复方案。副井在修复过程中，先后发生了两次溃壁，第二次溃壁较为严重，-578m标高井壁严重破坏，瞬间溃水溃泥1070m³，淹井28m，涌水量54m³/h。
副井井筒溃壁不但延误了工期，影响到整个矿井主连锁工程的施工，而且副井修复时间过长将会影响主井永久装备，影响矿井建设总工期。鹤岗矿业公司聘请专家指导灾害治理工作，制定了副井井筒固结灌浆修复施工方案。
1岩体固结灌浆
1.1岩体固结灌浆原理
通过灌浆加固，将副井破碎、软弱围岩加固成环状混凝土岩体，改善岩石的物理力学性能，使岩体形成强度高、抗渗性能好、稳定性高的保护壳，以抵抗强大的地应力及岩体的自重侧应力，达到稳定岩体的目的。
1.2固结灌浆技术特点
1.2.1循环式灌浆方式
采用循环式灌浆方式，注入的浆量大于裂隙吸浆量时，多余浆液经回浆管返回搅拌机，保持孔段内的浆液呈循环流动状态，可防止水泥沉淀；可根据进浆、回浆的差值，判断岩体吸收浆液的情况，灌浆效果好，有利于保证灌浆质量。
1.2.2科学分析水文地质因素，选取钻孔参数
①立井围岩及其影响区约为井筒直径的1-1.5倍，钻孔水平投影控制范围选为井筒直径的1倍，即7m；
②灌浆影响半径为3m，据此确定钻孔间排距小于6m，方可达到交圈的目的；
③选用大孔径钻孔，增加钻孔面积，有利于提高进浆量。
1.2.3新型复合性灌浆浆液
鹤岗新智科技公司研制的复合性灌浆浆液，具有以下特点：
①稠浆（含灰量在57.1～64.5%）且流动性强、浆液扩散半径大；
②浆液固化成混凝土时不收缩，而且略具膨胀性，无需复灌；
③混凝土强度大，抗压强度≥10MPa；
④浆液可保持30min的液体状态，终凝时间≤90min。
1.3与同类技术的综合比较
煤矿行业的岩体加固，目前还都是采用注浆加固方式，浆液采用水泥单液浆、水泥水玻璃（C-S）双液浆及化学浆液（如马丽散、罗克休、瑞米加固充填等）。纯水泥浆液固结后收缩率达30-50%，需要多次复灌方能达到设计要求；水泥-水玻璃则没有足够的浆液液态时间，浆液的流动效果差，并有很大的收缩反弹；化学浆液强度低、不环保、价格昂贵近3万元/吨。鹤岗新智科技公司研制的复合性水泥浆液，价格仅为1700元/吨，不足化学浆液的1/17，并具有稠浆流动性大、零收缩性、强度高、环保、价格低等特点，可以保证一次灌浆成功，达到国内外先进水平。
2井筒固结灌浆设计
2.1灌浆孔设计参数
井壁灌浆加固段为-500m～-650m标高段，采用自上而下注浆，灌浆孔径φ94mm，孔深10m、角度-45°，环状布置，每排12个孔，开孔间距1.83m、终孔间距5.5m、排距4m。
2.2灌浆孔涌水的处理方法
如灌浆孔内有涌水，则采用集中导水孔导水，防治封堵涌水造成水压上涨，防止井筒再次溃壁，待井壁注浆加固完成后，对导水孔进行封堵。
2.3灌浆方法及灌浆方式
灌浆采用孔内封闭分段灌浆法，第1段灌浆长度3m，栓塞距孔口0.1m；第2段灌浆长度3.5m，栓塞距孔口2m～3m；第3段灌浆长度3.5m，栓塞距孔口5.5m～6.5m。
灌浆方式为循环式。
2.4施工设备
2.5压水试验
每两排灌浆孔中，选一个孔进行压水试验，在每次注浆前后均进行压水试验，压力为1Mpa。压水时间为20min，每5min测读一次压入流量，取最后的流量值做为计算流量。
3井筒修复效果
鸟山煤矿副井井筒共计施工601个灌浆钻孔，灌浆量4627.96t。使井筒径向7m范围内因受到地质构造破坏的工程围岩重新形成环状混凝土岩体，井筒-500m-﹣578m标高灾害区域得到有效控制和治理，保证了井筒的整体稳定。固结灌浆修复后，井筒漏水量仅为1.73m³/h，于2016年9月20日通过矿建工程竣工验收，现已安装投入使用。
4岩体固结灌浆技术应用实例
岩体固结灌浆技术在鸟山煤矿井底车场、硐室及主要运输巷的巷道维修、加固封水、治理底鼓、揭煤及地质构造带等区域超前预注浆方面都取得了成功。
鸟山煤矿-640m水平1号回风石门，施工中遇含水构造带，围岩为凝灰岩、泥岩，遇水后成流体状，使用36U型钢支架、钢管混凝土支架均无法通过该区域。采取在工作面施工止浆墙、预埋注浆管充填注浆、施工长钻孔超前预注浆、巷道加固注浆等措施，有效加固了围岩、封堵涌水，结合钢管混凝土支架，顺利通过该区域，成巷4年后，巷道未发生变形。
鸟山煤矿风井井筒在含水层中施工采用水泥水玻璃双浆液注浆封堵涌水，竣工3年后，井筒漏水量迅速反弹，由9.77m³/h上升至52.8m³/h。采用固结灌浆技术封水，井筒漏水量降至5.8m³/h。
结束语
具有针对性的灌浆工艺流程设计，使得钻探工艺、制浆工艺和灌浆工艺与工程所需要的灌浆条件紧密适应，达到“药到病除”的效果。同时在灌浆过程中使用全自动灌浆记录仪器，使灌浆过程数字化。
该项技术在煤矿中的成功应用，推动了煤矿行业注浆技术的发展。鸟山煤矿副井井筒溃壁的修复成功，抢回了因溃壁而延误的工期，为二期工程的多队组快速施工创造了有利条件，对矿井早日投产及鹤岗矿区的可持续发展有着重大意义，对深部高应力软岩区域的灾害治理积累了宝贵经验，取得很好的社会效益。
参考文献：
[1]吴向前.论水利建设工程中的灌浆工艺施工技术.四川建材[J]，2009（6）：196-199
[2]刘辉.固结灌浆技术在水电站中的应用.中小企业管理与科技[J]，2011（11）：116-117
作者简介：韩志鹏（1985.01），男，采矿工程师，2008年6月毕业于黑龙江科技学院采矿工程专业，从事矿井建设技术工作，现任黑龙江龙煤矿山建设有限公司鸟山项目部总工程师。
论文作者:韩志鹏
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第19期
论文发表时间:2018/9/27
标签：井筒论文; 浆液论文; 鹤岗论文; 井壁论文; 煤矿论文; 注浆论文; 钻孔论文; 《建筑模拟》2018年第19期论文;