化學漿液在礦山箕斗井工作面預注漿中的應用

劉 杰，張小飛

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410019）

1 工程概況

箕斗井場地位于寶嶺向斜南翼，其間一逆斷層F38穿過，走向與寶嶺向斜一致，傾角為75°～80°。揭露地層主要為第四系坡殘積層（Qdl+el）上古生界石炭系下統壺天群（C1sh）、測水組（C1C）、梓門橋組（C1z），井筒在施工至標高+292m、+208m、+104m、-240m、-250m、-296m、-365m位置出現了不同程度的涌水（最大涌水量180m3/h），進行了十一次工作面的預注漿，井筒落底后，由于井筒涌水量較大，在標高-326.4m～+269.6m段進行了壁后注漿，最終實測井筒涌水量為4.33m3/h。本文以-250m工作面注漿為例說明化學漿液在礦井掘進中的應用。

2 前期施工情況說明

2.1 工程地質和水文地質

井筒穿過此段礦層主要為砂巖、白云巖、灰巖，巖性特征見表1：

表1 箕斗井-240m注漿段巖性描述表

據工勘資料顯示，白云巖、灰巖為主要的含水層，且溶洞、裂隙、斷層發育，導水性強，是地表水與地下水直接聯系對施工影響較大。觀測鉆孔的簡易抽水試驗顯示，-246.94m～-248.52m段斷層破碎帶是導致井筒內涌水增加的主要原因。

2.2 前期施工情況說明

因工勘報告表明-246.94m～-248.52m處有一斷層破碎帶，井筒掘進至-237.6m時停止掘進，在井底澆筑止漿墊對下部井筒進行超前探水及工作面注漿，注漿高度為60m。經過多次掃孔注漿發現，涌水量呈現水量小壓力大的特點，漿液注入量小，注漿效果差。經分析巖層孔隙較小，采用普通水泥漿液和水泥-水玻璃漿液難以滿足堵水的需要。

2.3 改性脲醛樹脂漿材性能

脲醛樹脂類漿材作為化學封堵劑在礦井填堵、加固等領域廣泛應用[1]，與水泥類漿材相比，其具有凝膠體強度高，漿液為流動性、滲透性好，凝膠時間可任意控制和調節，與巖體相互粘結性強，脈狀滲透面狀或扇狀擴散為主，價格低廉（相對其余化學漿液）的優點，在水泥水玻璃漿材未取得預期效果的基礎上可以起到良好的作用。

3 止漿墊施工

該段井筒前期已進行過預注漿，但由于長期反復注漿探水導致原有止漿墊破損嚴重，無法達到封水效果。為保證注漿效果，確保安全通過該段含水層，確定鋪設新的止漿墊，實施以下方案。

3.1 鋪設濾水層

濾水層埋設兩排Φ50mm×3.5mm注漿管，接長3.5m，待后期對濾水層進行注漿加固。濾水層上面應保持平整，并鋪設一層防水雨布，以避免止漿墊澆筑時混凝土砂漿填充導致濾水層失效。

3.2 工作面排水

設置1個集水濾水桶（Φ500mm，高3.5m），桶體底部與原有止漿墊采用法蘭連接，桶體靠底部200mm段加工若干Φ30mm濾水孔，桶體上口采用法蘭片形悶蓋加墊片用螺栓固定；采用潛水泵，將濾水桶內的工作面涌水排至井口。

3.3 澆筑止漿墊

止漿墊選用平底型止漿墊，注漿終壓為12MPa，混凝土強度等級為C30。

依據《建井工程手冊》（第四卷）中相關規定計算：

式中：Bn—止漿墊厚度，m；P0—注漿終壓，MPa；r—井筒半徑，m；[σ]—混凝土允許抗壓強度，MPa；fc—28d混凝土極限抗壓強度值，MPa；K—安全系數，一般為2～3；

安全系數取為2，經計算止漿墊厚度為3m；考慮止漿墊下部設有濾水層0.5m厚，注漿密實后可與止漿墊聯合承載，故止漿墊厚度按3m設計。止漿墊需要與礦井壁緊密連接，澆筑前應對已成型井壁進行打毛處理，并用高壓清水進行沖洗。澆筑期間應及時排除工作面積水。止漿墊澆筑好應養護7天方能進行鉆孔施工。

3.4 接縫注漿

止漿墊養護好后實施濾水層注漿及止漿墊接縫注漿，注漿材料選用水泥漿和水泥～水玻璃雙液漿。

4 注漿設計參數的確定

注漿設計主要要確定注漿材料、注漿壓力、有效擴散半徑、漿液配比、注漿孔布置、預期效果等。

（1）漿液的選擇。該段礦井巖性中普通水泥漿可注性較差，有效擴散半徑小，因此采用改性脲醛樹脂化學漿進行灌注為主，如具備水泥漿灌注條件，則盡量采用水泥漿。選用鄒平縣魯明樹脂廠生產的MJ-1型改性脲醛樹脂。

（2）漿液配比。改性脲醛樹脂的配方按漿液初凝時間3min～5min，終凝時間15min～20min，凝膠時間主要受控于脲醛樹脂（A液）與酸性固化劑（B液）的體積比，需要采用注漿泵按照一定的比例（A:B=3:1～4:1）進行注漿。注漿過程中可以根據漿液在注漿體內滲透擴散情況及時調節比例以控制漿液的凝膠時間。

（3）注漿孔參數。鑒于本段井筒地質構造復雜，礦石破碎、涌水量大、裂隙發育且縱橫交錯連通，注漿孔深度為60m，設16個，布置沿距既有井壁內側0.3m環向布置，布孔圈徑為3.9m，孔間距0.6m。施工時先施工單號孔，后實施雙號孔，雙號孔兼做檢查孔作用。待16個孔注漿鉆孔施工完成后，再在距井筒中心1m處實施兩個檢查孔，用以檢查注漿效果并作補充注漿。注漿孔外插角6°～7°，可滿足注漿孔孔底距荒徑3.0m要求。

（4）預期注漿效果。堵水率85%～90%，檢查孔殘余水量小于1m3/h。

5 結論

本次注漿時間45d，這一階段共鉆孔掃孔2120m，消耗水泥11.65t，水玻璃6920kg，脲醛樹脂漿液A液92.425t，B液350kg，確保了每個注漿孔深度都達到了60m。經檢查孔檢查發現，涌水量在1m3/h以下，達到了設計要求。注漿結束后進行掘砌施工揭露注漿段巖層裂隙非常發育，裂隙中充填注漿結石體，未見明顯出水點。

礦井掘進中對于處理水壓高裂隙小的巖層，在普通水泥漿和水泥～水玻璃漿液無法滿足注漿效果時，應及時調采用安全可靠的化學漿液，如本例中改性脲醛樹脂材料，可以保證注漿效果，保證施工安全，縮短礦井的建設工期。