2.四川省川建勘察设计院 四川 成都 610082
1 工程概况
四川省芙蓉矿务局红卫煤矿主井为倾角为25°、断面尺寸为腰线下部2.7m*1.3m、顶部为直径2.7m的半圆弧下山巷道，在掘进开挖过程中遇到含水层，造成了巷道大面积涌水、渗水，严重影响了巷道的掘进施工进度和大大增加了抽排水费用，为了减轻巷道掘进过程中少受涌水、渗水的影响，加快巷道的开挖进度和确保安全施工，采用超前帷幕注浆技术对巷道开挖方向进行注浆治水，在巷道掘进的工作面上沿巷道轮廓线布置一圈注浆孔进行注浆，浆液以渗透形式充填岩石裂隙或孔隙、固结松散岩层，使巷道周围形成隔水帷幕，从而对来水通道进行有效地切断，改变含水层内水流的方向，达到巷道在掘进开挖中可以安全地通过含水、破碎等复杂地层的治水效果。
2 注浆孔施工
2.1施工设备
采用Z90-2全液压坑道钻机 ，钻头采用低风压Φ130mm和Φ90mm气动潜孔锤。
2.2注浆孔定位
根据巷道尺寸和倾角设计注浆孔位置，在掘进掌子面上用红油漆做好标记，将钻机安装并固定在脚手架上，使用角度测量仪调整钻机倾角和左、右水平外倾角，角度调整好后，再用固定或旋转扣件将钻机牢牢固定在脚手架上待钻。注浆孔布置图如下：
2.3Φ130mm先导孔钻进施工（安设孔口管短钻孔）
钻机安装到位后，采用Φ130mm潜孔锤施工3m长先导孔以便安装Φ108mm孔口管，在潜孔锤钻进过程中，往复来回串动钻杆确保钻屑能及时排除孔内，保持先导孔孔底干净。
2.4孔口管加工
孔口管采用Φ108mm套管现场加工，将Φ108mm套管切割成2.5m一根，一端采用电焊的方式焊接内径Φ108mm法兰盘，焊接法兰盘时，要确保焊接厚度和密实度满足耐压性和密封性性能的要求。法兰盘焊接好后，在Φ108mm孔口管沿法兰盘焊接处向其另一端方向紧缠麻绳，使得麻绳缠段直径略大于成型后先导孔的直径，缠绕长度约30cm。
2.5孔口管安装
Φ130mm先导孔成型后，使用高压水将孔内冲洗干净。采用潜孔锤锤击的方式将孔口管强行锤进先导孔内，锤击时，在法兰盘上垫上厚实的方木避免潜孔锤锤伤法兰盘，孔口管露出碛头面的长度宜10cm左右。
2.6孔口管固定
Φ108mm孔口管安装到位后，接上焊有进浆短管和排气排浆短管的法兰盘后，采用水灰比0.5：1的稠水泥浆和模数为2.8、浓度为40Be′的水玻璃通过注浆混合器注入先导孔内直至水泥浆沿孔口管和先导孔之间的环状间隙返流出孔口，使水泥浆将孔口管与先导孔之间的环状间隙充填密实。待水泥浆凝固36小时，在此期间，为了节约施工时间，可将钻机先奇数跳打先导孔，后偶数跳打先导孔，从而避免一个注浆孔钻进和另一个注浆孔注浆作业同时进行时因孔间距较短而发生孔与孔之间的串浆事件。
2.7孔口管耐压及密封性能检测
孔口管达到36小时凝固期后，按照先前施工先导孔的倾角和左、右水平外倾角将钻机重新移至原先导孔处，换用Φ90mm气动潜孔锤复钻孔，钻至5m后停止钻进，退出钻具和钻杆，在孔口管法兰盘上垫上耐高压胶垫后，再接上带进浆短管和排水排浆短管的法兰盘，然后用螺栓将两个法兰盘紧密连接在一起，接上注浆混合器启动注浆泵向孔内注入清水，直至注浆泵压力达到6MPa后关停注浆泵并保持稳压，然后观察孔口管与先导孔环状间隙是否有漏水、孔口管是否有外冒、孔口管周边岩石是否有胀落等孔口管松动的现象，若有上述任何一项现象发生，则重新启动注浆泵复注水升压将孔口管从先导孔内憋出，重新用Φ130mm气动潜孔锤对先导孔扫孔清除孔内水泥块，然后按照上述方法和步骤安装和注水泥浆重新固定孔口管。若无上述任何一项现象发生，则证明孔口管耐压性和密封性良好，可以进入下一步注浆孔钻进施工。
2.8注浆孔施工
孔口管耐压和密封性检测合格后，继续换用Φ90mm气动潜孔锤复钻孔直至25m设计孔深。在钻进过程中需来回往复串动钻杆以确保孔内干净，钻完注浆孔后，将质地较硬的水管插至孔底，使用大剂量清水将孔内冲洗干净。
2.9Φ25mmPVC塑料管安装
采用强力胶水和Φ25mmPVC塑料管中接头将Φ25mmPVC塑料管一根一根连接起来，连接长度为24~24.5m ,最后一根PVC管末端用胶水粘接一个顶部带内丝扣的塑料接头，将连接好的Φ25mmPVC塑料管送入注浆孔内，在孔口管法兰盘上垫上耐压密封圈，然后将塑料接头接在焊接在法兰盘上带外丝扣的短铁管上，对齐两个法兰盘上螺栓眼并用螺栓将法兰盘紧密连接在一起，在进浆短管上接上注浆混合器。注浆混合器再与从注浆泵引出来的高压管相连接，至此整个注浆系统安装完毕。
3 水泥浆配置
为了使水泥浆能在注浆时扩散半径尽可能大，本项目主要采用普通425#硅酸钙水泥单液注浆，注浆时，为了减小水泥浆凝固时的收缩缝，提高治水效果，可以在水泥浆内掺加一定量的膨胀剂和速凝剂。
3.1水泥浆水灰比
浆液水灰比可采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1或0.5:1共六个比级，首先采用水灰比5：1的清浆注浆以使浆液尽可能向注浆孔周围扩散，然后逐级加浓水泥浆进行注浆，直至注浆泵压力达到5MPa或设计注浆结束压力后结束注浆。
4 注浆
4.1单液注浆
本工程采用一台3SNS型双液注浆泵，单液注浆时，两根进浆管均插入拌制水泥浆的容器内，为避免注浆量过快、过大造成浆液扩散慢而引起孔内压力急剧升高，在注浆过程中根据注浆泵量及注浆泵压及时打开排气排浆阀门返出空气和水泥浆以控制每分钟水泥浆注入量。
4.2双液注浆
若是在注浆过程中出现跑浆、漏浆或是单液注浆压力长时间无增加，可以在水泥浆内添加模数为2.8、浓度为40Be′的水玻璃进行双液混合注浆，水泥浆与水玻璃掺和体积比在1：0.5至1：1范围内。需要双液注浆时，先将其中一根进浆管插入清水桶注入一定量清水将进浆管、注浆泵和高压管管道清洗干净，然后再将该进浆管插入水玻璃桶内即可完成双液注浆作业。
4.3注浆压力
在进浆短管上安装压力表，量测注浆孔内水压力，注浆泵的注浆压力需达到孔内水压力的2.5倍。注浆初始压力控制在0.5~3MPa,终止压力一般控制在5MPa，若注浆孔内水压力大于2MPa，，需要重新按照该水压力2.5倍的注浆压力对孔口管注水以检测孔口管的牢固性和密封性，耐压合格后才能进行后续施工。注浆结束标准：在5MPa注浆压力下，水泥浆注入量﹤1L/min。
4.4注浆过程中浆液加浓一级标准
（1）当注浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率保持不变而注浆压力持续升高时，不改变水灰比。
（2）当某一级浆液注入量已达700L以上，或注浆时间已达1h，而注浆压力和注入率均无显著改变时，更换浓一级水灰比浆液注入，当注入率大于30L/min时，根据施工具体情况，可越级变浓。
（3）必要时可注入水泥砂浆，水泥砂浆配合比采用水：水泥：砂为1：1：1或0.6：1：1两种比级的浆液。
4.5注浆结束标准
（1）注浆压力逐步升高至设计终压，然后，调小泵量至设计结束时的进浆量，并在该数值上稳定10min以上；
（2）注浆结束时的进浆量小于20L/min；
4.6注浆施工监测
在注浆过程中，注浆孔内压力较大，需派人在巷道掌子面旁观察掌子面上岩石是否有凸起及掉块、孔口管是否存在外冒松动等现象，一旦发现掌子面岩石有凸起及掉块、孔口管外冒松动迹象应立即关停注浆泵结束注浆。若仅仅是个别地方出现漏浆或串浆，可以采取将水泥浆加浓一级并双液注浆的方式进行处理。
4.7注浆封孔
注浆结束以后，封孔注浆压力采用该注浆孔的最大设计注浆压力，浆液使用0.5:1的新鲜普通水泥浆。帷幕注浆封孔采用“置换和压力注浆封孔法”，封孔时先采用新鲜的0.5:1的浓浆置换孔内稀浆或积水，待回浆管排出0.5:1的浓浆后，先关停注浆泵，再将与注浆混合器连接的法兰盘上两个耐压阀门关闭防止水泥浆溢出，最后用大量清水将进浆管、注浆泵和高压管清洗干净。
5 特殊情况处理措施
5.1大吸浆量孔段的处理方法
针对注浆孔某一段吸浆量大的实际情况，采取低压、浓浆、限流、限量、间隙、待凝和加速凝剂等措施，当采取上述措施后注入量仍不能得到明显改变时，再注砂浆。当孔段首次注浆，有压力但水泥耗量超过300kg/m时，该孔段为大吸浆量孔段。可采用以下措施：
（1）低压灌注：通过耐压回浆球阀进一步降低注浆压力，限制吸浆率不超过5L/min来控制注浆压力，以减小浆液在缝隙中的流动速度，促使水泥浆尽快沉淀。
（2）间歇：在注浆过程中，每灌入600L间歇一次，间歇时间为30min。
（3）限量：每段浓浆（水灰比为0.5:1）注入量不能超过1.5t。
5.2特大吸浆量的注浆方法
（1）待凝：当注浆孔段水泥耗量达600kg/m时，最后两桶浆内加入1%～2%水玻璃溶液，待凝24小时。
（2）加砂措施：对于添加水玻璃后再次复注浆时单位吸浆量无明显改变的孔段，直接采用加砂注入，水：灰：砂采用0.6：1：0.5,为防止堵管，同时在砂浆中加入水泥重量10%的粉煤灰。加砂注入水泥耗量达300kg/m时，待凝，待凝24小时后再复灌，直至结束。
（3）采用加水玻璃或加砂的孔段，最后必须由纯水泥浆注入结束。
6 结语
四川省芙蓉矿务局红卫煤矿主井巷道通过采用超前帷幕注浆技术注浆治水施工后，巷道在开挖过程中仅有少量渗水，没再发生过较大的涌水，说明采用此技术能有效将巷道周边围岩内的来水通道进行封堵，根本上消除或大大降低了含水层内的水体对巷道施工带来的安全危害，切实为巷道掘进施工人员提供了安全有保障的施工作业环境，在后期巷道运行期间，也大大降低了抽排水费用，产生了巨大、长久的经济效益。
论文作者:柏万春1,郑星2
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/19
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