地面預注漿技術在治理斷層破碎帶區域中的應用研究

朱巖慶 閆滿志 王文才

(河北鋼鐵集團礦業有限公司司家營田興鐵礦,河北唐山 063701)

地面預注漿技術在治理斷層破碎帶區域中的應用研究

朱巖慶 閆滿志 王文才

(河北鋼鐵集團礦業有限公司司家營田興鐵礦,河北唐山 063701)

近年來,很多工程都不可避免的面對斷層破碎帶問題。本文在詳細分析具體案例的基礎上,介紹了斷層破碎帶的地質特征,分析了地面預注漿的基本原理和技術控制措施,并結合工程案例,淺談了地面預注漿技術在治理斷層破碎帶中的應用。

地面預注漿 施工 斷層破碎帶

根據其構造巖的不同，斷層破碎帶呈現不同的特征，然而，斷層破碎帶在工程應用中多表現出性能差這一特點，而實際工程中，又不可避免的面對斷層破碎帶。為了滿足工程的施工質量和使用要求，當遇到斷層破碎帶時需要采取措施對其進行處理。地面預注漿技術就是經常使用的措施之一。

1 斷層破碎帶的地質特征

斷層破碎帶根據其構造巖的不同而具備不同的地質特性。斷層泥的隔水性強，厚度變化大，巖體結構面抗剪性能差，是抗滑穩定分析中的控制因素；角礫巖分為有膠結和未膠結，有膠結的一般較堅牢，但軟弱泥化夾層工程性能較差，未膠結的巖塊之間為泥質物填充，性質很差。

2 地面預注漿的基本原理和技術控制措施

地面預注漿是通過一定的加壓設備將水泥漿液注入巖層，在巖層孔隙內形成強度高、滲透性低的水泥和巖層的結合體。漿液的整個注入過程可以分為四個階段。

(1)提高注漿壓力，當注漿壓力超過靜水壓力和流動阻力之后，漿液開始進入巖層中的孔隙；(2)漿液在巖層孔隙中流動，大裂隙開始縮小，小裂隙被填充，繼續提高注漿壓力，使漿液流動的更遠；(3)由于注漿壓力大，漿液將巖層中的泥質等不良填充體沖破，提高巖層填充體的性質；(4)漿液完成充填、壓實、凝固等過程，形成全封閉裂隙。

在實際工程中，通過調節一些注漿參數來對預注漿技術進行幾個技術控制。具體參數如下：(1)擴散半徑：主要與巖層性質有關，當前主要參考壓水實驗的相關參數(2)注漿漿液：主要是指填充地層裂縫、孔隙的物質，并且是實現地層加固的關鍵。(3)注漿壓力：實現漿液的擴散、充實是注漿壓力的主要作用。注漿壓力主要與凈水壓力、過流斷面尺寸、漿液粘滯性、裂縫及孔隙的粗糙度等因素有關。(4)漿液注入量：為了保證工程的經濟性，需要提前預估漿液的注入量，而漿液擴散半徑和地層的裂隙率是兩個主要的參考參數。一般用公式Q=A ·π·R2·H ·n· B /β來預估漿液注入量。其中：Q是漿液注入量；A是注漿消耗系數，不同類型的漿液不同；R是擴散半徑；H是注漿段長度，需要根據實際工程確定；n為裂隙率，一般根據實際工程確定；B是漿液填充系數；是漿液結實率。(5)注漿結束標準：注漿的結束標準一般可分為兩個，一是最終吸漿量(即漿液注至最后的允許吸漿量)，另一個是達到設計壓力時的持續時間。一般而言，注漿終壓達到設計要求，吸漿量為20L/min～60L/min，穩定20min～30min，即可認為達到結束標準。

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境，加快施工進度，采用了地面預注漿技術施工，工程共布置8個注漿孔，孔深714m，采用環形注漿的方法對井筒周圍進行注漿，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。通過對鉆孔巖芯的分析發現，斷層破碎帶是散體—裂隙破碎狀，高角度節理裂隙發育程度高，也是主要的過水通道。此外，鉆孔塌落嚴重，從破碎帶中取出的巖芯RQD值基本可以認為是0。這些情況都表明，僅僅依靠設計的段高內一次性注漿結束方式已經不能達到穩定效果，需要進行其他來增強巖體強度。

表1

(2)施工流程：經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次注漿的詳細情況。

(3)施工工藝：經過數據分析，由于兩段破碎帶在一個注漿段高600m-650m，經優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3次)

(4)注意事項：1)注漿開始時，根據壓水實驗壓力，確定初始漿液比例。2)注漿過程中，如發現壓力長時間無變化，甚至有下降的現象，可視為跑漿，應采取間歇注漿或者加骨料(鋸末)，如跑漿嚴重，需注入10m3到15m3單液漿，制止跑漿現象。3)3次注漿的復注間隔時間應逐漸加大，起止漿塞后，養護時間12-24小時，然后掃孔，等待復注。

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

4 結語

在遇斷層破碎帶時，地面預注漿技術是一種非常可行的方法。在實際過程中要嚴格按照預注漿的施工程序，嚴格進行施工控制，保證施工質量，為后續工程提供保證。

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