高压喷射注浆在煤矿建井止水中的应用探究

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[摘 要] 近几年来，随着我国综合国力的增强，高压喷射注浆技术得到了飞速的发展并广泛应用于工程建设当中，尤其是在煤矿建井止水中其投资比重更是巨大。但是受到我国国情影响，在煤矿建井施工应用中存在着许多粗放型因素，这也导致了煤矿建井止水施工的管理力度不足，致使防水施工质量通病时有发生。本文针对煤矿建井止水施工中常见的质量问题，采取加强质量控制、加大施工技术管理、提高现场施工质量等预防措施，将其危害降至最低，从而达到延长煤矿建井使用寿命的目的。

[关键词] 高压喷射注浆； 煤矿； 建井； 止水

在我国现行的煤矿建井防水止水体系中，高压喷射注浆的应用可以是一种应用的非常广泛的手段之一。高压喷射注浆技术在施工过程中施工简便、对生态环境造成的影响小，并且安全可靠，能够很好地满足工程预期进度，在我国煤矿工程中的处理效果非常显著。也恰恰是因为这些优点，使得高压喷射注浆技术在我国煤矿建井工程中的应用极其广泛。煤矿建井工程质量同施工现场环境、施工材料与工艺都有很大关系，而且还受到现场施工环境、施工人员准备、技术工艺、施工机械等条件的制约，这严重使得煤矿建井止水工程质量存在不稳定性。本文所探讨的是施工较为简易、施工工艺相对简单、无污染并且应用十分广泛的高压喷射注浆技术，并适当结合应用了抗渗混凝土材料。此外因为施工过程中存在一定的不稳定，考虑到煤矿止水工程的施工质量问题，所以在施工阶段我们应严阵以待，把好质量控制关，充分做好工程施工准备工作，加大对煤矿建井止水施工工序的质量控制和技术管理，争取保障煤矿建井止水工程质量。

1 研究背景及意义

煤矿作为人类社会中不可或缺的资源，对人类社会的发展构成直接影响。我国在近二十年的时间里，国民经济快速增长，加之拥有世界最多的人口环境，给我国煤矿事业建设带来了全新的契机，这给我国在大力发展煤矿事业的同时，也面临着一系列的问题和挑战。煤矿桥梁工程作为一个复杂的系统的工程，不但规模大、项目周期长、涉及领域广，而且对施工技术和管理的要求可谓极高。在设计、施工和运营过程中，会存在许多不确定和不可预见因素。由于显著的一次性特征决定了其在实施过程中无不充满了风险。近年来，我国煤矿工程发展迅速，但应用于煤矿工程的桥面防水技术不科学、不全面、不系统，导致矿井在运营维护中极为不便，形势非常严峻。煤矿矿井在开采运营中发生的这些事故给国家和人民的生命财产带来了严重损失。

煤矿矿井渗漏问题发生的主要原因都是由于建井阶段施工不当而导致的。事后根据相关调查人员的调查发现，在很多的矿井建设施工阶段，由于施工人员对煤矿建井防水施工的认识不够，防渗意识模糊，甚至在施工中没有实施合理的技术管理与质量控制，最终酿发许多原本可以避免或减轻的煤矿矿井渗漏问题。准确而有效地分析出各种不同影响因素在煤矿建井止水施工质量是有效降低矿井渗漏问题的关键所在。随着我煤矿工程的飞速发展，近年来兴起的高压喷射注浆技术在我国公路桥梁建设中有着广泛的应用，并迅速的推广。在如今的煤矿建井施工中，高压喷射注浆技术无疑是应用的极其广泛的。

2 煤矿建井止水施工准备

2.1 规范制度，提高施工管理意识

只有当一个组织具有健全的工作制度并且得以良好的贯彻执行时，我们才说这个组织具有较好的管理制度和运行机制。所以，在煤矿建井止水施工阶段，也应该需要一个适宜的组织管理结构，实行总工程师负责制，对内向项目部负责，对外向业主负责。明确个人的管理职责和权限，任务到位，防止推脱和权力交叉的现象，组织管理结果可以体现在建立健全的岗位责任制上。每个岗位责任人都应该有明确的责任分工，必须对自己岗位的工作流程熟练操作，认真细致，每一环节的结果都需要经过岗位责任人具体的量化、细化，除此之外岗位责任人还需对自己岗位的排水、防水施工设备的日常维护负责，以期煤矿建井工程施工管理工作有章可循，有据可依地实施运营。整个项目由总工程师、专业监理工程师、管理人员组成，实行总工程师领导下的负责机制，管理人员落实矿井止水施工设备管理工作。

2.2 施工前注浆材料控制

桥面防水混凝土的制作原料主要是水泥，因此从原料进场开始保证水泥的质量就十分重要了，通常依据《矿井注浆施工技术》要求和甲供材料情况，煤矿建井注浆采用42.5袋装水泥。注浆用水应符合混凝土拌和用水的要求。经监理人批准，可在水泥浆液中掺入质量符合注浆要求的砂、粘性土、粉煤灰等掺合料，其掺入量通过试验确定。外加剂需经监理人批准，可在水泥浆液中掺入质量符合注浆要求的速凝剂、减水剂、稳定剂等外加剂，其掺入量通过试验确定。

2.3 场地施工准备

施工前先检查基面是否达到施工条件，如果有其他作业队时不可交叉施工，做好材料的堆放、运输、出场等的准备事项，如有高空、电力设备等，应做好相应的防护和职工安全生产的教育工作，各项条件符合施工要求时方可进行施工；基层处理：首先清扫基层，使基面干净无杂物和灰尘颗粒，清扫后专用的高压吹风机把灰尘吹净，基面在达到干燥、干净、无浮灰等条件下开始涂料的施工；此外，加强巡视管理是项目管理的重点，预防现场异常事件的发生是日常风险管理的主要内容。为了保障给煤矿建井止水施工的正常进行，应该建立完善的人员技术素质定检制度，施工设备需要进行定期的检测，对于一些运行频率高的设备，更是要依据规定检测并建立相应的维护记录以随时了解其运转状态，保证其正常的运行和及时的维护。

2.4 优化抗渗混凝土的配合比

通常情况下，煤矿矿井建设都是采用现场搅拌站，通过泵送混凝土的方式完成所规定的施工流程，这就使的混凝土在配合比方面的作用尤为关键，尽管如今混凝土生产逐渐商品化，对混凝土配合比要求越来越低，但施工单位决不能因此大意，导致混凝土质量通病的滋生。比如在抗渗混凝土中砂石的含土量等因素，都是应该引起相关人员所注意的。施工方必须严格依据抗渗等级要求，并根据现场工程实验室科学计算出的配合比，并自动设定好计量，才能进行混凝土的搅拌工作。

3 高压喷射注浆在煤矿建井止水中的应用

3.1 浆液扩散半径的分析确定

当压力高达10-41MPa的喷流在介质中喷射时，喷流压力的衰减规律近似地采用下列经验公式

Pm=K・do5Po /xn，

式中：K，n―系数（一般K取0.1，n取2）；

do―喷嘴直径，m；

Po―喷嘴出口压力，MPa；

x―喷射半径，m。

根据弹塑性应力分析，土体中能承受的最大孔隙水压力可近似取为：Pu =Cu・In[E/2Cu（1+μs）+1]，式中：E、μs――分别为桩周饱和软土的弹性模量和泊松比；Cu―周边土的不排水抗剪强度。当土体中的扩张应力超过最大孔隙水压力时，周围的土体即被冲刷破坏，因此当Pm大于Pu时，土体将被破坏。经计算，在36MPa以上的浆压下，成桩直径不小于1000mm。

3.2 施工内容

煤矿建井注浆及排水孔施工内容主要包括三部分：

（1）钻孔：包括注浆孔、排水孔的钻孔，以及钻孔和注浆所需进行的钻孔冲洗、压水试验、注浆前孔口加塞保护等全部钻孔作业。

（2）注浆：包括回填注浆、固结注浆。

（3）排水孔施工。

3.3 施工程序

矿井洞身注浆、排水孔施工顺序为：回填注浆 固结注浆排水孔施工。

矿井进出口基础固结注浆在有混凝土盖重的情况下进行，且盖重混凝土强度应达到设计强度的50%以上。洞身回填注浆在衬砌混凝土达到70%设计强度后进行，固结注浆在回填注浆结束7d后进行施工。注浆施工部位，待注浆结束后进行排水孔的施工。

矿井进出口基础固结注浆孔按照逐渐加密的原则分两序进行施工，先灌注周边Ⅰ序孔，再灌注Ⅱ序孔。矿井内注浆孔主要为环向布置，施工时遵循自低向高、环间分序、环内加密的原则，即从下游向上游方向注浆，环向先灌低处孔，再灌高处孔。

3.4 注浆试验

注浆试验为生产性试验。试验主要目的在于根据设计要求结合现场地质条件和实际注浆施工情况，来获取更合理的钻孔参数，使注浆设计和施工工艺更符合实际情况，在确保施工质量的前提下，简化施工工艺，加快工程施工进度。

（1）根据矿井洞身衬砌仓号长度和洞身注浆型式，选取洞身泄0+599～泄0+659段作为注浆试验区。

（2）根据注浆工程施工图纸的要求或按监理工程师指示选定的试验孔，布置方式、孔深、注浆分段，注浆压力等试验参数。

（3）在注浆试验区，按批准的注浆施工措施中的施工程序和方法进行注浆试验以检查注浆效果，整理分析各序孔和检查孔的单位吸水率、单位耗灰量等试验资料，并将注浆成果上报监理工程师。

（4）注浆范围和参数可根据现场地质条件作适当的调整。

（5）为了解矿井注浆区域地面变形情况，注浆时设置抬动观测装置。通过实时监测，及时调整注浆施工参数，防止上部结构物和地基发生抬动变形。

3.5 施工区段及布孔

回填注浆按划分注浆区段分序进行，根据矿井衬砌仓号长度，每三个衬砌段为一个回填注浆单元。每区回填注浆孔分两序施工，先施工Ⅰ序孔后施工Ⅱ序孔，详见附图。

3.6 钻孔施工

先钻Ⅰ序孔，再钻Ⅱ序孔，同序孔一次性钻出。钻孔直接在衬砌混凝土预埋管中施工，钻孔终孔孔径不宜小于38mm，孔深进入岩石10cm。钻孔孔位偏差不大于±10cm，孔向应按施工图纸要求；并实测混凝土厚度和空腔尺寸。

3.7 喷射注浆施工

（1）注浆前对衬砌混凝土施工缝和混凝土缺陷等进行全面的检查，对可能漏浆的部位在回填注浆之前封堵密实，经检查合格后方可注浆施工。

（2）采用孔口阻塞纯压式注浆法施工，注浆过程中严密监视衬砌混凝土的抬动变形。

（3）浆液配比：浆液水灰比采用0.5：1的水泥浆液，空隙大的部位灌注水泥砂浆，掺砂量不大于水泥重量的200%。

（4）注浆顺序：先灌Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序孔。同序孔从最低孔开始注浆，相邻孔作排水、排气用，待排出浓浆后立即将该孔堵塞，直至全序孔灌至结束，顶拱中心线两侧孔对称灌注。

（5）注浆压力：采用设计规定压力值，0.2～0.3MPa。

（6）注浆结束标准：在规定压力下，注浆孔停止吸浆，并继续灌注10min即可结束注浆。注浆结束后，应先关闭孔口闸阀，再停泵，待孔内浆液初凝后再拆除孔口闸阀。

（7）特殊情况处理：回填注浆因故中断时，应用清水冲洗孔，恢复注浆后入不吸浆，则应扫孔，扫孔穿透混凝土达到空腔或基岩后，按注浆程序进行复灌。注浆过程中若发生串浆，应待被串孔排出浓浆后将其堵塞，注浆孔继续灌注。待注浆孔注浆结束后，再对串浆孔进行扫孔、注浆。

（8）封孔：所有的注浆孔和检查孔在注浆作业结束后，清除孔内污物，采用砂浆将全孔封堵密实和抹平，露出衬砌混凝土表面的预埋管应割除。

3.8 质量检查

（1）在该部位注浆结束7d后，进行质量检查。

（2）检查孔应布置在顶拱中心线、脱空较大和注浆情况异常的部位，孔深应穿透衬砌伸入围岩10cm。

（3）用钻孔注浆法进行检查，向孔内注入水灰比为2：1的纯水泥浆，压力与注浆压力相同，初始10min内的注入量不超过10L为合格。

（4） 检查孔的数量依据洞室长度每10m布置1个，其位置由监理人根据注浆情况现场确定。

4 结语

伴随着我国经济水平的快速提升，能源问题已然成为了我国必须接受和面对的一项挑战，煤炭是我国能源领域的支柱型产业，目前正已极快的速度向前发展。但是，在以往的煤炭开采阶段，由于渗漏、流砂等地质问题所导致的塌方、冒顶事故经常发生，给我国煤炭事业的发展带来了极大的不便。在国家政策及行业的特殊性要求下，与煤矿开采有关的施工方案必须具有安全、可靠的特点，继新奥法技术、预冷冻技术在煤矿建井中的应用后，高压喷射注浆技术被越来越多地使用到煤矿建井止水中来。根据现有的工程实例证明，高压喷射注浆技术在煤矿建井止水项目中得到了很好的应用，以往其他技术所不能解决效的难题都能得到较好的解决，并且该技术取材方便，简捷经济，具有良好发展与运用前景。

[参考文献]

[1] 粱炯，主编.锚固与注浆技术手册[M].北京：中国电力工业出版社，1999.

[2] 崔云龙，主编.简明建井工程手册[M].北京：煤炭工业出版社，2000.

[3] JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范[S].

[4] JGJ 63-89，硷拌合用水标准[S].