CN110593807A - 一种适用于浅地表大开度裂隙岩体巷道的堵水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于巷道堵水技术领域，公开了一种适用于浅地表大开度裂隙岩体巷道的堵水方法，为了解决现有技术中巷道堵水方式中存在的问题，该方法包括干黄豆粒径选取、注浆材料及配比、注浆参数确定、巷道钻孔、注浆等步骤，本发明用干黄豆粒良好的吸水膨胀物理性质，作为堵水的粗骨料堵塞大开度裂隙岩体导水通道；裂隙岩体中裂隙充填为泥质、钙质、岩屑等充填物在导水通道水流作用下，溶解并随着渗流水流出岩体，同时结合水泥‑水玻璃注浆材料，利用其快速反应能力和大量的硅凝胶形成，与黄豆粒粗骨料形成类“混凝土”结构，粗细骨料搭配，实现浅地表富水区域大开度裂隙岩体巷道快速止水作用。
Description
技术领域
本发明涉及巷道堵水技术领域，具体涉及一种适用于浅地表大开度裂隙岩体巷道的堵水方法。
背景技术
巷道是地表与矿体之间的联络通道，用来通风、行人、运矿等，是矿山重要的通道工程。巷道所处围岩、应力环境、水文环境等影响其稳定性。处于浅地表，巷道处于低地应力环境，因此围岩质量和水文环境是影响浅地表巷道稳定性的重要因素。
由于地质作用，岩体被多种断层、裂隙等结构面切割，完整性破坏；裂隙的大小、张开度、密度、方向和分布状况影响着岩体强度，同时裂隙也是地下水的储存空间，水对岩体质量影响表现为一方面使岩体的物理力学性质恶化，另一方面沿岩体的裂隙形成渗流，影响岩体稳定性，尤其是浅地表1-2km范围内，岩体空隙、裂隙分布较为普遍。
随着矿山矿体的开采，引起围岩二次应力扰动，回采区域原有的工程巷道或附近新掘进巷道岩体裂隙不断向周围空间扩展，会波及到水体或含水层渗流至岩体裂隙导水通道，在此过程中，伴随着新裂隙的不断产生，原有岩体裂隙又发生一系列的演化，地下水流在裂隙的运移过程中势必引起周围岩体，尤其是浅地表富水区域大开度裂隙岩体裂隙进一步发育，导水能力进一步增强，导水通道内的渗流压力较大。裂隙岩体在工程扰动、围岩质量下降、渗流压力等的共同作用下，内部裂隙不断扩展贯通，最终会导致裂隙岩体破裂失稳，并引起井下采场、设备淹没、突水等灾害，传统的巷道注浆堵水方式无法满足工程需求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中巷道堵水方式中存在的问题，提供了一种物理与化学方式相结合的适用于浅地表大开度裂隙岩体巷道的堵水方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种适用于浅地表大开度裂隙岩体巷道的堵水方法，包括以下步骤：
1）干黄豆粒径选取：将干黄豆磨成颗粒后，根据裂隙岩体裂隙的结合程度选取干黄豆的粒径，若岩体裂隙的结合程度一般，即结构面的特征为张开度为1-3mm，为钙质或泥质胶结；或张开度大于3mm，结构面粗糙，为铁质或钙质胶结，则选取干黄豆颗粒的粒径为14目占18%-23%、18目占28%-33%、20目占45%-55%；若岩体裂隙的结合程度差或结合程度很差，即结构面特征为：张开度为1-3mm，结构面平直，为泥质或泥质和钙质胶结；或张开度大于3mm，结构面粗糙，为泥质或岩屑充填或泥夹岩屑充填，充填物厚度大于起伏差，则选取干黄豆颗粒的粒径为12目占8%-12%、14目占18%-22%、18目占28%-32%、20目占38%-42%；
2）注浆材料及配比：注浆材料为水泥-水玻璃，并加入水及速凝剂，且水、水泥和水玻璃的比例为0.8:1:0.75，速凝剂占水、水泥和水玻璃总量的2%-6%；
3）注浆参数确定：注浆参数包括注浆压力、扩散半径和理论注入量；
注浆压力值按下式确定：
选取扩散半径为3-6m；
理论浆液注入量按下式确定：
式中：V—浆液注入量，m3；
r—浆液扩散半径，m；
H—注浆段长，m；
n—大开度裂隙岩体裂隙率，%；
A—注浆液体损耗系数；
B—注浆充填系数；
ρ水—水的密度；
4）巷道钻孔：根据巷道断面尺寸确定5-8处注浆钻孔，其中顶部巷道拱形位置3-4处，巷道两侧帮各1-2处；
5）注水清理注浆钻孔内部杂质，并在现场配置黄豆粒浆液，其中水与干黄豆颗粒配比为2:1；之后将配好的黄豆粒浆液注入注浆钻孔内；
6）将配置好的注浆材料按照步骤3）中的注浆压力值P 注浆注入钻孔，观察漏水点泄水量，注浆5-10min水量明显减小则停止加注，之后使用清水及时清理注浆设备；
7）采用喷锚网的支护及时加固注浆区域。
进一步地，步骤4）中渗流较大的位置可根据现场情况增加注浆钻孔。
进一步地，步骤5）中采用步骤3）中的注浆压力值将黄豆粒浆液压入导水通道，并观察漏水点泄水量的大小，若水量变小，则注入压力减小，让干黄豆粒继续吸水膨胀，闭合岩体裂隙空间。
进一步地，步骤5）及步骤6）可根据现场泄水情况交替循环，直至漏水点全部封堵。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明用干黄豆粒良好的吸水膨胀物理性质，作为堵水的粗骨料堵塞大开度裂隙岩体导水通道；矿山地下水含有复杂的化学成分，能够溶解岩石中的可溶物质。裂隙岩体中裂隙充填为泥质、钙质、岩屑等充填物在导水通道水流作用下，溶解并随着渗流水流出岩体，同时结合水泥-水玻璃注浆材料，利用其快速反应能力和大量的硅凝胶形成，与黄豆粒粗骨料形成类“混凝土”结构，粗细骨料搭配，实现浅地表富水区域大开度裂隙岩体巷道快速止水作用。
干黄豆是具有良好的吸水膨胀性质，利用黄豆种子内部的亲水性物质，吸收水分子使其快速膨胀，膨胀体作为充填粗骨料填塞导水通道，一方面干黄豆粒吸收膨胀后的压力很大，能够作用于岩体裂隙，加速岩体裂隙闭合；另一方面作为填塞物堵塞导水通道，减小渗流压力，为后面的注浆堵水提供低压力注浆环境。
干黄豆粒吸水后形成粗骨料，水泥-水玻璃浆液包裹在骨料表面并充填其空隙，形成粗、细结合的注浆方式，同时胶结后形成一个坚实的类“混凝土”浆体结构。
本发明通过干黄豆粒和注浆液相结合的注浆方式，利用黄豆粒吸水快速膨胀，充填大开度裂隙岩体导水通道；同时利用水泥-水玻璃包裹黄豆粒，形成一个坚实的类“混凝土”浆体结构，快速封堵裂隙，注浆止水，减少水对岩体结构面力学性质的弱化作用，增强局部岩体强度，改善岩体的力学性能。
本发明针对水泥-水玻璃传统注浆因存在水头压力导致的堵水效果差的问题，提出了类“混凝土”浆体结构，充分利用黄豆粒吸水快速膨胀和水泥-水玻璃水泥来源广泛且价格低廉的特点，类“混凝土”浆体结构，形成大量胶结物，实现低成本快速止水目的。
本发明喷锚网的联合支护方式，是富水区域大开度裂隙岩体形成一个自承载圈，发挥喷锚网主动支护的作用，增强巷道的稳定性。
本次发明的大开度裂隙岩体物理与化学方式相结合的注浆堵水方法，能够实现矿山巷道快速止水作用，减少富水区域水流对井下采场、设备、突水的发生，减少井下水患灾害，保障矿山安全、稳定生产。
设定水、水泥和水玻璃的比例为0.8:1:0.75，以及水与黄豆配比为2:1，其设计依据是7天后注浆体凝结后的强度至少达到3-4.5MPa范围，满足现场强度要求。
具体实施方式
下面解决具体实施例对本发明作进一步说明。
注：12目=1.70mm，14目=1.40mm，18目=1.00mm，20目=0.850mm
表3为三个实施例的注浆压力值
表4为三个实施例中的理论注浆量
实施例1：
一种适用于浅地表大开度裂隙岩体巷道的堵水方法，其特征是，包括以下步骤：
1）干黄豆粒径选取：将干黄豆磨成颗粒后，根据裂隙岩体裂隙的结合程度过筛选取干黄豆的粒径，经调查，该巷道处岩体为结合程度一般的岩体，根据裂隙岩体裂隙的结合程度选取干黄豆颗粒的粒径为14目占20%、18目占30%、20目占50%。
2）注浆材料及配比：注浆材料为水泥-水玻璃，并加入水及速凝剂且水、水泥和水玻璃的比例为0.8:1:0.75，速凝剂占水、水泥和水玻璃总量的2%。
3）注浆参数确定：注浆参数包括注浆压力、扩散半径和理论注入量；
注浆压力值按下式确定：
本例中注浆点对应地表标高为1526m，巷道标高1300m，那么该处巷道注浆点注浆压力理论值为2.26MPa。
理论浆液注入量按下式确定。
式中：V—浆液注入量，m3；
r—浆液扩散半径，m；
H—注浆段长，m；
n—大开度裂隙岩体裂隙率，%；
A—注浆液体损耗系数；
B—注浆充填系数。
本例中岩体为结合程度一般的岩体，选取扩散半径为3m，注浆段长5m，岩体裂隙率为1.8%，注浆液体损耗系数为1.5，注浆充填系数为0.8，那么理论浆液（注浆材料）注入量为3.05m3。
4）巷道钻孔：根据巷道断面尺寸，确定5处注浆钻孔，其中顶部巷道拱形位置3处，巷道两侧帮各1处。
5）高压（P注浆）注水清理注浆钻孔内部杂质，并在现场配置干黄豆粒浆液，其中水与过筛后选取的黄豆颗粒配比为2:1，之后将配好的黄豆粒浆液注入注浆钻孔内；采用高压（P注浆）将黄豆颗粒压入注浆钻孔内，加压注入并观察漏水点泄水量的大小，若泄水量在变小则注入压力减小，观察漏水点泄水量变小后，停止注入，让干黄豆粒继续吸水膨胀，闭合岩体裂隙空间。
6）将配置好的注浆材料按照确定好的比例注入，观察漏水点泄水量，在注浆5min后，现场漏水点水量明显减小，停止加注。
7）采用喷锚网的支护及时加固注浆区域。
实施例2：
一种适用于浅地表大开度裂隙岩体巷道的堵水方法，其特征是，包括以下步骤：
1）干黄豆粒径选取：根据调查结果，该处区域岩体裂隙结合程度为差，则选取干黄豆颗粒的粒径为12目占10%、14目占22%、18目占30%、20目占38%；
2）注浆材料及配比：注浆材料为水泥-水玻璃，并加入水及速凝剂，且水、水泥和水玻璃的比例为0.8:1:0.75，速凝剂占水、水泥和水玻璃总量的3.5%。
3）注浆参数确定：注浆参数包括注浆压力、扩散半径和理论注入量；
注浆压力值按下式确定：
本例中注浆点对应地表标高为1323m，巷道标高1150m，那么该处巷道注浆点注浆压力理论值为1.73MPa。
理论浆液注入量按下式确定。
式中：V—浆液注入量，m3；
r—浆液扩散半径，m；
H—注浆段长，m；
n—大开度裂隙岩体裂隙率，%；
A—注浆液体损耗系数；
B—注浆充填系数。
本例中岩体为结合程度差的岩体，选取扩散半径为5m，注浆段长5m，岩体裂隙率为2.5%，注浆液体损耗系数为1.5，注浆充填系数为0.8，那么理论浆液（注浆材料）注入量为11.78m3。
4）巷道钻孔：根据巷道断面尺寸，确定7处注浆钻孔，其中顶部巷道拱形位置3处，巷道两侧帮各2处。
5）高压（P注浆）注水清理注浆钻孔内部杂质，并在现场配置干黄豆粒浆液，其中水与黄豆配比为2:1，之后将配好的干黄豆粒浆液注入注浆钻孔内；采用高压（P注浆）将黄豆颗粒压入注浆钻孔内，加压注入并观察漏水点泄水量的大小，若水量在变小，注入压力减小，观察漏水点泄水量变小后，停止注入，让干黄豆粒继续吸水膨胀，闭合岩体裂隙空间。
6）将配置好的注浆材料按照确定好的比例注入，观察漏水点泄水量，在注浆8min后，现场漏水点水量明显减小，停止加注，用清水及时清理注浆设备。
7）采用喷锚网的支护及时加固注浆区域。
实施例3：
一种适用于浅地表大开度裂隙岩体巷道的堵水方法，其特征是，包括以下步骤：
1）干黄豆粒径选取：根据调查结果，该处区域岩体裂隙结合程度很差，则选取干黄豆的粒径为12目占8%、14目占18%、18目占32%、20目占42%；
2）注浆材料及配比：注浆材料为水泥-水玻璃，并加入水及速凝剂且水、水泥和水玻璃的比例为0.8:1:0.75，速凝剂占水、水泥和水玻璃总量的6%。
3）注浆参数确定：注浆参数包括注浆压力、扩散半径和注入量；
注浆压力值按下式确定：
本例中注浆点对应地表标高为1835m，巷道标高1650m，那么该处巷道注浆点注浆压力理论值为1.85MPa。 浆液（注浆材料）注入量按下式确定。
式中：V—浆液注入量，m3；
r—浆液扩散半径，m；
H—注浆段长，m；
n—大开度裂隙岩体裂隙率，%；
A—注浆液体损耗系数，%；
B—注浆充填系数，%。
本例中岩体为结合程度差的岩体，选取扩散半径为6m，注浆段长5m，岩体裂隙率为3.6%，注浆液体损耗系数为1.5，注浆充填系数为0.8，那么理论浆液注入量为24.42m3。
4）巷道钻孔：根据巷道断面尺寸，确定8处注浆钻孔，其中顶部巷道拱形位置4处，巷道两侧帮各2处。
5）高压（P注浆）注水清理注浆钻孔内部杂质，并在现场配置干黄豆粒浆液，其中水与黄豆配比为2:1，之后将配好的干黄豆粒浆液注入注浆钻孔内；采用高压（P注浆）将黄豆颗粒压入注浆钻孔内，加压注入并观察漏水点泄水量的大小，若水量在变小，注入压力减小，观察漏水点泄水量变小后，停止注入，让干黄豆粒继续吸水膨胀，闭合岩体裂隙空间。
6）将配置好的注浆材料按照确定好的比例注入，观察漏水点泄水量，在注浆10min后，现场漏水点水量明显减少，停止加注，之后使用清水及时清理注浆设备。
7）采用喷锚网的支护及时加固注浆区域。
由于岩体是非均质体，理论注浆量不一定能够完全实现堵水，因此以现场的渗水情况根据现场情况随时增减注浆量更符合现场操作。
Claims (4)
1.一种适用于浅地表大开度裂隙岩体巷道的堵水方法，其特征是，包括以下步骤：
1）干黄豆粒径选取：将干黄豆磨成颗粒后，根据裂隙岩体裂隙的结合程度选取干黄豆的粒径，若岩体裂隙的结合程度一般，即结构面的特征为张开度为1-3mm，为钙质或泥质胶结；或张开度大于3mm，结构面粗糙，为铁质或钙质胶结，则选取干黄豆颗粒的粒径为14目占18%-23%、18目占28%-33%、20目占45%-55%；若岩体裂隙的结合程度差或结合程度很差，即结构面特征为：张开度为1-3mm，结构面平直，为泥质或泥质和钙质胶结；或张开度大于3mm，结构面粗糙，为泥质或岩屑充填或泥夹岩屑充填，充填物厚度大于起伏差，则选取干黄豆颗粒的粒径为12目占8%-12%、14目占18%-22%、18目占28%-32%、20目占38%-42%；
2）注浆材料及配比：注浆材料为水泥-水玻璃，并加入水及速凝剂，且水、水泥和水玻璃的比例为0.8:1:0.75，速凝剂占水、水泥和水玻璃总量的2%-6%；
3）注浆参数确定：注浆参数包括注浆压力、扩散半径和理论注入量；
注浆压力值按下式确定：
选取扩散半径为3-6m；
理论浆液注入量按下式确定：
式中：V—浆液注入量，m3；
r—浆液扩散半径，m；
H—注浆段长，m；
n—大开度裂隙岩体裂隙率，%；
A—注浆液体损耗系数；
B—注浆充填系数；
ρ 水—水的密度；
4）巷道钻孔：根据巷道断面尺寸确定5-8处注浆钻孔，其中顶部巷道拱形位置3-4处，巷道两侧帮各1-2处；
5）注水清理注浆钻孔内部杂质，并在现场配置黄豆粒浆液，其中水与干黄豆颗粒配比为2:1；之后将配好的黄豆粒浆液注入注浆钻孔内；
6）将配置好的注浆材料按照步骤3）中的注浆压力值P 注浆注入钻孔，观察漏水点泄水量，注浆5-10min水量明显减小后则停止加注，之后使用清水及时清理注浆设备；
7）采用喷锚网的支护及时加固注浆区域。
2.根据权利要求1所述的一种适用于浅地表大开度裂隙岩体巷道的堵水方法，其特征是：所述步骤4）中渗流较大的位置可根据现场情况增加注浆钻孔。
3.根据权利要求1所述的一种适用于浅地表大开度裂隙岩体巷道的堵水方法，其特征是：所述步骤5）中采用步骤3）中的注浆压力值将黄豆粒浆液压入导水通道，并观察漏水点泄水量的大小，若水量在变小，则注入压力减小，让干黄豆粒继续吸水膨胀，闭合岩体裂隙空间。
4.根据权利要求2所述的一种适用于浅地表大开度裂隙岩体巷道的堵水方法，其特征是：所述步骤5）及步骤6）可根据现场泄水情况交替循环，直至漏水点全部封堵。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191220 |