冻结斜井流砂层段井壁壁后注浆技术的研究与应用

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摘要： 为了提高注浆加固体的承载性能和抗渗性能，本文从井壁壁后注浆技术的角度进行阐述。通过对李家坝煤矿的工程概况和施工现状进行分析，重点研究井壁壁后注浆技术方案与参数，进而为充填井壁、加固围岩提供参考依据。

Abstract： In order to improve the load-carrying properties and impervious performance of grouting enhancing objects， this article expounds the backwall grouting technology. Through analysis of the engineering condition and construction situation of Lijiaba Coal Mine， the backwall grouting technology and parameters are studied， which provides reference for wall filling and wall rock reinforcement.

关键词： 注浆技术；流砂层；井壁

Key words： grouting technology；drift sand layer；wall of a well

中图分类号：TD265 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）34-0108-02

1 工程概况及施工现状

1.1 工程概况 位于宁夏盐池县冯记沟乡的李家坝煤矿，其规模为0.9Mt/a。通过采用中煤科工集团武汉设计研究院设计的斜井开拓方式对该矿井进行施工，布置主、副、风三条斜井，回风斜井古近系段坡度24°。

对于李家坝煤矿来说，其回风斜井要穿越第四系表土层（风积砂）、古近系地层（浅红色呈半固结状态细砂、粘土）和侏罗系延安组地层（各粒级砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层，煤岩层的力学性能软弱）等。且穿越地层存在第四系、古近系及基岩风化带孔隙～裂隙含水层组（I）、侏罗系中统延安组12煤以上砂岩裂隙～孔隙承压含水层组（II）及侏罗系中统延安组12～18煤砂岩裂隙～孔隙承压含水层组（III）三个主要含水层组，其中古近系地层主要是粘土与砂层互层组成。在井筒掘进过程中遇到多层的含水砂层（流砂层），斜井井筒围岩在施工过程中难以控制，在充填过程中，如果充填不密实，在空隙中容易出现涌水、冒砂等事故，给井筒外界形成地压，给井筒带来不利因素。

1.2 施工现状 回风斜井井筒当前施工至斜长386.1m，穿越冻结段后仍存在一段流砂层，通过超前注浆等技术措施完成了20余米井筒的掘砌施工，但因井筒持续存在出水流砂现象，导致井壁拱顶存在较大孔洞，严重影响了井壁结构的稳定性，因此需要采取合理的技术措施，保证井壁结构的长期安全与稳定。为此，对回风斜井井筒冻结段下部流砂层段井壁进行注浆施工，通过壁后充填注浆机理达到充填井壁、加固围岩的目的。

2 井壁壁后注浆技术方案与参数

解决井筒持续出水流砂问题的技术路径为：通过充填注浆和加固井壁周围砂土，严格控制堵塞流砂通道，提高井壁结构的抗渗性与稳定性。据此，井壁壁后注浆可采用以下技术方案：

2.1 钢筋混凝土二次衬砌施工 在支护方式方面，斜井井筒采用：初次支护对围岩进行加固，进而巩固和强化其残余强度，通过可缩性支护对围岩变形卸压进行控制；在围岩变形稳定后适时完成二次衬砌支护，为了确保分段较长设计的稳定性和安全储备，需要给巷道围岩提供最终支护强度和刚度。

2.2 掘进迎头的封闭与加固 斜井井筒施工后，在迎头架设U型钢支架，并喷射300mm厚，标号为C25的混凝土以封闭迎头，混凝土配合比为1：2：2，掺3～5%速凝剂，喷射混凝土可在斜井井筒开挖初期防止水砂的外渗；若迎头开挖后有大范围的流砂溃流，可采用迎头超前注浆加固措施，封闭迎头的导水通道，防止在掘进迎头形成新的渗水通道。

2.3 壁间注浆 对井筒冻结段钢筋混凝土二次衬砌施工完成后，可进行钻孔、安设注浆管进行壁后注浆加固。钻孔可采用分段前进式进行，首先将孔深控制在初次支护与钢筋混凝土二衬之间，若在打孔过程中发现两者间隙中存在蜂窝或孔洞时，需及时合理地采用壁间注浆的方法来充填加固和封堵水源，保证初次支护与二衬之间充分接触，防止间隙中积存水砂，而导致突水溃砂。

注浆管在钢筋混凝土二次衬砌施工前预埋，注浆管布置在两排型钢支架之间，间排距为1400mm×1400mm。注浆管使用φ38mm钢管制作，规格为φ38mm×600mm，采用风钻打眼，孔径φ45mm，孔深600mm，保证注浆管孔口外露40～50mm，并装有止水阀门，为保证注浆质量，必须对注浆孔口封闭密实。注浆管布置如图1所示。

利用单液水泥浆对壁间进行注浆，其中水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.8～1.0，按水泥用量的3.0～5.0%掺入水玻璃。浆液结石率要大于92.0%，浆液固结体强度超过20.0MPa，注浆压力在1.5MPa，进而在一定程度上确保喷层不发生开裂。

2.4 浅孔充填与压密注浆 完成壁间注浆后，对围岩进行全断面注浆加固，从而形成对加固范围内岩体的再加固。全断面二次注浆加固，提高了支护结构的可靠性、整体性和承载能力，能够保证巷道围岩和支护结构较长时间内的稳定。低压浅孔充填注浆及壁间注浆采用同一注浆管，通过预埋的注浆管采用Φ28mm钻头进行扫孔，扫孔深度控制在1.0m左右，一方面可避免对注浆加固帷幕的破坏，另一方面又对加固帷幕进行补强加固降低围岩的渗透系数，底角的注浆管扫孔后也可作为泄水孔使用，可以在有限的排水量的要求下有效的减小衬砌壁后的水压力。

浅孔充填与压密注浆采用水泥—水玻璃双液浆，可采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比控制在0.8左右，水泥浆与水玻璃体积比控制在1：0.5左右，注浆压力控制在1.5 MPa左右。

2.5 深孔压密与劈裂注浆 高压深孔渗透注浆及浅孔注浆采用同一注浆管，注浆前可采用Φ28mm钻头进行扫孔，扫孔深度控制在2.0m左右。高压深孔渗透注浆就是在浅孔注浆加固后形成一定厚度的加固圈基础上，布置深孔，采用高压注浆加固，进而提高注浆加固体的承载性能和抗渗性能。

深孔压密注浆与劈裂注浆采用单液水泥浆，水灰比控制在0.8～1.0，水玻璃的掺量为水泥用量的3～5%，并根据出水情况进行调整，渗水量较大则适当提高注浆压力，但最大不得超过2.5MPa，高压深孔渗透注浆一般滞后低压浅孔充填注浆1周左右。

3 注浆加固施工工艺

注浆工艺流程主要包括：①运料与拌浆，即将水泥与水按规定水灰比拌制成水泥浆，并保证在注浆过程中不发生吸浆龙头堵塞及堵管等现象，并应根据需要及时调整浆液参数。②注浆泵的控制，根据巷道实际注浆情况的变化，观察注浆泵的注浆压力。③连接孔口管路，观察工作面注浆情况的变化，及时发现漏浆、堵管等事故，控制好注浆量及注浆压的，及时拆除和清洗注浆阀门。④水泥浆与水玻璃体积比的控制，施工过程中严格控制水泥浆与水玻璃体积比，以防水泥浆过量而堵塞注浆管。⑤注浆过程中，要严格控制注浆压力，防止因注浆压力过小，造成浆液不能有效地扩散而导致封堵水砂效果不佳；或因注浆压力过大，导致二衬开裂而造成浆液外流。

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