一种含水层中斜坡道掘进分段注浆方法

土层或岩石的钻进;采矿的设备制造及其应用技术1.本发明涉及矿山注浆加固技术领域，特别是指一种含水层中斜坡道掘进分段注浆方法。背景技术：2.近年来，随着矿产资源的不断开发利用，在矿山等地下工程建设领域中，常常会遇到不良地质体或断层破碎带，含有大量节理、孔隙、裂隙等具有较好导水性能的构造发育，伴随施工扰动，岩体初始应力状态极易发生变化，从而导致施工附近岩体发生破裂甚至破坏，从而诱发突水及塌方等工程事故。因此，为保障含水层地下工程的稳定开展，对不良地质体进行加固是整个地下工程建设施工中的一个关键环节。3.注浆加固技术普遍应用于实际工程应用中，特别是建筑、水利、矿山及隧道方面。注浆加固是通过将预先配置好的浆液注入需注浆岩体中，浆液经过渗透、扩散、凝固等过程，将破碎岩体进行黏结或封堵，从而实现提高岩体自身稳定性的一种技术手段。在斜坡道掘进水害区域超前治理中，注浆加固是一项有效技术手段，但随着斜坡道深度、围岩结构面参数及含水层分布的变化，相同注浆加固技术，其效果也将千差万别，为此，亟需发明一种含水层中斜坡道掘进分段注浆方法，能够通过注浆压力对注浆过程进行量化控制，保障含水层斜坡道周边岩体稳定性，稳定开展掘进工作。技术实现要素：4.本发明要解决的技术问题是提供一种含水层中斜坡道掘进分段注浆方法，该方法能够克服在传统斜坡道掘进注浆中因位于含水层、技术参数不明确等因素而无法正常进行或无法达到工程预期效果的问题，实现高效注浆工作。5.该方法包括步骤如下：6.s1：在含水层中斜坡道需注浆区域的围岩打钻孔至设计深度，并安装孔口管及阀门；7.s2：注浆过程中根据注浆压力变化，将注浆过程划分为四个阶段：8.①微压充填阶段：注浆孔口初始压力为0，采用水泥单液浆，水灰比为4:1～3:1；该阶段采用低浓度单液浆对含水层的原始裂隙进行初步填充，若注浆压力在开始注浆后10～20min内发生波动，则该孔内裂隙不发育或较发育，若注浆压力持续无变化，则该孔内裂隙发育或极发育；9.②低压扩散阶段：采用水泥-水玻璃双液浆对原始裂隙进一步注浆充填，裂隙不发育或较发育时，选用水泥和水玻璃的质量比为1:0.4，水泥浆水灰比为3:1；裂隙发育或极发育时，水泥和水玻璃的质量比为1:0.5，水泥浆水灰比为4:1；该阶段利用低浓度双液浆对原始裂隙充填，在此期间注浆压力缓慢上升，裂隙扩展，注浆半径增大；10.③中压加固阶段：采用水泥-水玻璃双液浆，水泥和水玻璃的质量比为1:0.4～0.5，水泥浆水灰比为2:1～1:1；该阶段利用高浓度液浆基本上完成裂隙充填加固，对含水层进行加固；11.④高压劈裂阶段：采用高浓度水泥-水玻璃双液浆进行注浆，水泥浆水灰比为2:1～1:1，常规注浆采用水泥-水玻璃质量比为1:0.4，需要快速封堵时，选用水泥-水玻璃质量比为1:0.3；该阶段采用高浓度液浆，对由高压形成的孔口新生劈裂裂隙及原始裂隙进行加固，形成隔水层；12.s3：在注浆至终压后，进浆量小于30l/min，持续稳定20min，结束注浆，确保浆液在围岩裂隙内有效扩散凝固，形成注浆体帷幕区域，达到设计注浆效果。13.s1中钻孔施工时，采用套孔施工，即在原有钻孔基础上增加探水孔。14.s2中各阶段的完成以注浆压力值作为标准：微压充填阶段注浆压力为0，在注浆压力达到终压的1/3时完成低压扩散阶段，达到终压的2/3时完成中压加固阶段，达到终压时完成高压劈裂阶段。15.s2注浆过程中保持浆液流速不变，注浆速度为40～60l/min。16.s2中微压充填阶段和低压扩散阶段，裂隙充填率与注浆压力呈正相关关系。17.s2中高压劈裂阶段，高压劈裂作用下的新生裂隙未与原生裂隙导通，没有新的导水通道产生。18.s3中终压为静水压力的2～4倍，当静水压力低时，取上限甚至更高，静水压力高时，取中间值。19.本发明的上述技术方案的有益效果如下：20.上述方案中，通过注浆压力对注浆过程进行量化控制，相比于普通注浆方法其优势更为显著。本发明根据注浆压力对注浆过程进行量化控制，解决了含水层斜坡道掘进中周围岩体稳定性的问题，能够有效提高掘进效率。附图说明21.图1为本发明的含水层中斜坡道掘进分段注浆方法阶段流程图。具体实施方式22.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。23.本发明提供一种含水层中斜坡道掘进分段注浆方法，包括步骤如下：24.首先，在含水层中斜坡道需注浆区域的围岩打钻孔至设计深度，并安装孔口管及阀门；25.然后，注浆过程中根据注浆压力变化，将注浆过程划分为四个阶段(如图1所示)：26.①微压充填阶段：注浆孔口初始压力为0，采用水泥单液浆，水灰比为4:1～3:1；该阶段采用低浓度单液浆对含水层的原始裂隙进行初步填充，若注浆压力在开始注浆后10～20min内发生波动，则该孔内裂隙不发育或较发育，若注浆压力持续无变化，则该孔内裂隙发育或极发育；27.②低压扩散阶段：采用水泥-水玻璃双液浆对原始裂隙进一步注浆充填，裂隙不发育或较发育时，选用水泥和水玻璃的质量比为1:0.4，水泥浆水灰比为3:1；裂隙发育或极发育时，水泥和水玻璃的质量比为1:0.5，水泥浆水灰比为4:1；该阶段利用低浓度双液浆对原始裂隙充填，在此期间注浆压力缓慢上升，裂隙扩展，注浆半径增大；28.③中压加固阶段：采用水泥-水玻璃双液浆，水泥和水玻璃的质量比为1:0.4～0.5，水泥浆水灰比为2:1～1:1；该阶段利用高浓度液浆基本上完成裂隙充填加固，对含水层进行加固；29.④高压劈裂阶段：采用高浓度水泥-水玻璃双液浆进行注浆，水泥浆水灰比为2:1～1:1，常规注浆采用水泥-水玻璃质量比为1:0.4，需要快速封堵时，选用水泥-水玻璃质量比为1:0.3；该阶段采用较高浓度液浆，对由高压形成的孔口新生劈裂裂隙及原始裂隙进行加固，形成隔水层；30.最后，在注浆至终压后，进浆量小于30l/min，持续稳定20min，结束注浆，确保浆液在围岩裂隙内有效扩散凝固，形成注浆体帷幕区域，达到设计注浆效果。31.在打孔施工过程中，为防止孔内有较大出水，采用套孔施工，即在原有钻孔基础上增加探水孔。32.注浆各阶段的完成以注浆压力值作为标准，以注浆终压作为参考值，根据注浆压力进行划分如下：微压充填阶段注浆压力为0，在注浆压力达到终压的1/3时完成低压扩散阶段，达到终压的2/3时完成中压加固阶段，达到终压时完成高压劈裂阶段。33.注浆过程中保持浆液流速不变，注浆速度取40～60l/min，由于注浆孔内部空间有限，当裂隙被浆液充填后，压力将逐步增加。34.微压充填阶段和低压扩散阶段，裂隙充填率与注浆压力呈正相关关系。35.高压劈裂阶段，高压劈裂作用下的新生裂隙未与原生裂隙导通，没有新的导水通道产生。36.终压为静水压力的2～4倍，当静水压力低时，取上限甚至更高，静水压力高时，取中间值。37.下面结合具体实施例予以说明。38.实施例一39.某矿山斜坡道出水段地层，岩石层理清晰，裂隙发育，裂隙面多垂直巷道走向，倾角近直立多填充方解石脉，砂质、泥质，局部密集发育成溶蚀孔洞，为斜坡道主要含水岩层，富水性强，水压约为0.8mpa，淋水总量约为110m3/h。40.斜坡道施工至该地层过程中，遇到多个富含地下水的裂隙带，出水形式主要为顶板涌水、淋水，呈现为线状、暴雨状。对淋水段进行分段注浆，注浆采用压入式。注浆终压原则上取静水压力的2～4倍，由于水压为0.8mpa，结合注浆经验，取注浆终压为3.0mpa。41.在需注浆位置，先施工φ108mm大孔，深度1～1.5m，安装φ90mm孔口管及阀门，孔口管安装牢固后采用套孔方式施工φ64mm探水孔以预防施工孔期间孔内较大出水。42.根据注浆压力的变化将注浆过程划分为四个阶段：43.1)微压充填阶段，注浆孔口初始压力为0，采用水泥单液浆，水灰比为3:1；该阶段采用低浓度浆液对含水层的原始裂隙进行初步填充，通过压力与注浆时间的变化，确定该注浆孔裂隙发育程度为不发育或较发育；44.2)低压扩散阶段，注浆孔口压力阈值为0～1.0mpa，采用水泥-水玻璃双液浆对原始裂隙进一步注浆充填，根据注浆钻孔内部裂隙发育程度，确定水泥-水玻璃配比为1:0.4，水泥浆水灰比为3:1；利用低浓度液浆对原始裂隙充填，在此期间注浆压力缓慢上升，裂隙扩展，注浆半径增大；45.3)中压加固阶段，注浆孔口压力阈值为1.0～2.0mpa，采用水泥-水玻璃双液浆，配比为1:0.4，水泥浆水灰比为1:1；随着注浆半径扩大，利用高浓度液浆基本上完成裂隙充填加固，此时地层可注性较低，注浆压力进一步升高，含水层进一步加固；46.4)高压劈裂阶段，注浆孔口压力大于2.0mpa，采用水泥-水玻璃双液浆，配比为1:0.3，水泥浆水灰比为1:1；该阶段注浆压力较高，含水层孔口发生劈裂，并形成新的裂隙，原始裂隙与劈裂裂隙被高浓度浆液迅速加固，形成隔水层。47.注浆过程中，注浆速度为40l/min，需关注注浆压力与进浆量变化，当注浆至设计终压3.0mpa，进浆量小于30l/min，并稳定20min，结束注浆。在附近施工1～2个检查孔检查注浆效果，确认巷道周边的裂隙进行可靠封堵后，即此段注浆工作结束。48.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。









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