朱巖慶 閆滿志 王文才

(河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司司家營(yíng)田興鐵礦,河北唐山 063701)

地面預(yù)注漿技術(shù)在治理斷層破碎帶區(qū)域中的應(yīng)用研究

朱巖慶 閆滿志 王文才

(河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司司家營(yíng)田興鐵礦,河北唐山 063701)

近年來(lái),很多工程都不可避免的面對(duì)斷層破碎帶問(wèn)題。本文在詳細(xì)分析具體案例的基礎(chǔ)上,介紹了斷層破碎帶的地質(zhì)特征,分析了地面預(yù)注漿的基本原理和技術(shù)控制措施,并結(jié)合工程案例,淺談了地面預(yù)注漿技術(shù)在治理斷層破碎帶中的應(yīng)用。

地面預(yù)注漿 施工 斷層破碎帶

根據(jù)其構(gòu)造巖的不同，斷層破碎帶呈現(xiàn)不同的特征，然而，斷層破碎帶在工程應(yīng)用中多表現(xiàn)出性能差這一特點(diǎn)，而實(shí)際工程中，又不可避免的面對(duì)斷層破碎帶。為了滿足工程的施工質(zhì)量和使用要求，當(dāng)遇到斷層破碎帶時(shí)需要采取措施對(duì)其進(jìn)行處理。地面預(yù)注漿技術(shù)就是經(jīng)常使用的措施之一。

1 斷層破碎帶的地質(zhì)特征

斷層破碎帶根據(jù)其構(gòu)造巖的不同而具備不同的地質(zhì)特性。斷層泥的隔水性強(qiáng)，厚度變化大，巖體結(jié)構(gòu)面抗剪性能差，是抗滑穩(wěn)定分析中的控制因素；角礫巖分為有膠結(jié)和未膠結(jié)，有膠結(jié)的一般較堅(jiān)牢，但軟弱泥化夾層工程性能較差，未膠結(jié)的巖塊之間為泥質(zhì)物填充，性質(zhì)很差。

2 地面預(yù)注漿的基本原理和技術(shù)控制措施

地面預(yù)注漿是通過(guò)一定的加壓設(shè)備將水泥漿液注入巖層，在巖層孔隙內(nèi)形成強(qiáng)度高、滲透性低的水泥和巖層的結(jié)合體。漿液的整個(gè)注入過(guò)程可以分為四個(gè)階段。

(1)提高注漿壓力，當(dāng)注漿壓力超過(guò)靜水壓力和流動(dòng)阻力之后，漿液開(kāi)始進(jìn)入巖層中的孔隙；(2)漿液在巖層孔隙中流動(dòng)，大裂隙開(kāi)始縮小，小裂隙被填充，繼續(xù)提高注漿壓力，使?jié){液流動(dòng)的更遠(yuǎn)；(3)由于注漿壓力大，漿液將巖層中的泥質(zhì)等不良填充體沖破，提高巖層填充體的性質(zhì)；(4)漿液完成充填、壓實(shí)、凝固等過(guò)程，形成全封閉裂隙。

在實(shí)際工程中，通過(guò)調(diào)節(jié)一些注漿參數(shù)來(lái)對(duì)預(yù)注漿技術(shù)進(jìn)行幾個(gè)技術(shù)控制。具體參數(shù)如下：(1)擴(kuò)散半徑：主要與巖層性質(zhì)有關(guān)，當(dāng)前主要參考?jí)核畬?shí)驗(yàn)的相關(guān)參數(shù)(2)注漿漿液：主要是指填充地層裂縫、孔隙的物質(zhì)，并且是實(shí)現(xiàn)地層加固的關(guān)鍵。(3)注漿壓力：實(shí)現(xiàn)漿液的擴(kuò)散、充實(shí)是注漿壓力的主要作用。注漿壓力主要與凈水壓力、過(guò)流斷面尺寸、漿液粘滯性、裂縫及孔隙的粗糙度等因素有關(guān)。(4)漿液注入量：為了保證工程的經(jīng)濟(jì)性，需要提前預(yù)估漿液的注入量，而漿液擴(kuò)散半徑和地層的裂隙率是兩個(gè)主要的參考參數(shù)。一般用公式Q=A ·π·R2·H ·n· B /β來(lái)預(yù)估漿液注入量。其中：Q是漿液注入量；A是注漿消耗系數(shù)，不同類型的漿液不同；R是擴(kuò)散半徑；H是注漿段長(zhǎng)度，需要根據(jù)實(shí)際工程確定；n為裂隙率，一般根據(jù)實(shí)際工程確定；B是漿液填充系數(shù)；是漿液結(jié)實(shí)率。(5)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)一般可分為兩個(gè)，一是最終吸漿量(即漿液注至最后的允許吸漿量)，另一個(gè)是達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)的持續(xù)時(shí)間。一般而言，注漿終壓達(dá)到設(shè)計(jì)要求，吸漿量為20L/min～60L/min，穩(wěn)定20min～30min，即可認(rèn)為達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

3 案例介紹

(1)工程基本情況：為了改善田興鐵礦1#副井井筒施工中遇到的大量涌水的惡劣環(huán)境，加快施工進(jìn)度，采用了地面預(yù)注漿技術(shù)施工，工程共布置8個(gè)注漿孔，孔深714m，采用環(huán)形注漿的方法對(duì)井筒周圍進(jìn)行注漿，50m為一次注漿段高。以6#注漿孔為例，其中破碎帶有兩段，第一段：600m-618m共18m的破碎帶；第二段628m-635m共 7m的破碎帶。通過(guò)對(duì)鉆孔巖芯的分析發(fā)現(xiàn)，斷層破碎帶是散體—裂隙破碎狀，高角度節(jié)理裂隙發(fā)育程度高，也是主要的過(guò)水通道。此外，鉆孔塌落嚴(yán)重，從破碎帶中取出的巖芯RQD值基本可以認(rèn)為是0。這些情況都表明，僅僅依靠設(shè)計(jì)的段高內(nèi)一次性注漿結(jié)束方式已經(jīng)不能達(dá)到穩(wěn)定效果，需要進(jìn)行其他來(lái)增強(qiáng)巖體強(qiáng)度。

表1

(2)施工流程：經(jīng)選擇采取分壓法為主，間歇法輔助的注漿方法。采用下行式小泵量注漿，小于200L/min。采用相對(duì)高濃度的漿液(原粘土水泥漿粘度24s，比重1．27-1．34)，1m3粘土水泥漿配200kg～250kg水泥，30L水玻璃。表1是3次注漿的詳細(xì)情況。

(3)施工工藝：經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析，由于兩段破碎帶在一個(gè)注漿段高600m-650m，經(jīng)優(yōu)化方案決定采取分壓法為主，間歇法輔助的注漿方法，以堵住涌水，保證注漿效果。鉆孔分為3次先后進(jìn)行分壓注漿，第一次注到終壓的50%；第二次注到終壓的80%，第三次注到要求終壓。(注：最好不超過(guò)3次)

(4)注意事項(xiàng)：1)注漿開(kāi)始時(shí)，根據(jù)壓水實(shí)驗(yàn)壓力，確定初始漿液比例。2)注漿過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)壓力長(zhǎng)時(shí)間無(wú)變化，甚至有下降的現(xiàn)象，可視為跑漿，應(yīng)采取間歇注漿或者加骨料(鋸末)，如跑漿嚴(yán)重，需注入10m3到15m3單液漿，制止跑漿現(xiàn)象。3)3次注漿的復(fù)注間隔時(shí)間應(yīng)逐漸加大，起止?jié){塞后，養(yǎng)護(hù)時(shí)間12-24小時(shí)，然后掃孔，等待復(fù)注。

(5)效果分析：檢查預(yù)注漿的效果，分別采取了取巖芯分析、井筒巖石穩(wěn)定性分析、巖—漿復(fù)合體分析。通過(guò)分析結(jié)果表明：斷層破碎帶中的裂隙填充飽滿，加固效果明顯；注漿后井筒掘進(jìn)時(shí)圍巖中涌水量幾乎為零。

4 結(jié)語(yǔ)

在遇斷層破碎帶時(shí)，地面預(yù)注漿技術(shù)是一種非常可行的方法。在實(shí)際過(guò)程中要嚴(yán)格按照預(yù)注漿的施工程序，嚴(yán)格進(jìn)行施工控制，保證施工質(zhì)量，為后續(xù)工程提供保證。

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