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摘要：通过对主井井筒、副井-450水平石门巷断层走向、倾角判断，并涌水的水质进行化验分析及连通试验的进一步确定，判断两处断层为同一条断层，且连通性很好，然后对几种方案进行比较分析，确定主井采用止浆垫施工，副井同时采用施工止浆墙注浆的方法进行断层破碎带加固，取得了较好的效果，保证了施工安全。
关键词：断层破碎带；止浆垫；止浆墙；注浆方法
1 工程概况
河钢矿业大贾庄铁矿主井设计井筒净径6.0m，井筒设计深度685.23m。主井采用第四系段冻结、基岩段地表预注浆的掘井施工方案。在井筒掘砌过程中，掘进至标高-666.0m～-667.5m过程中出现局部坍塌并伴有较大涌水，水质浑浊，经实测井筒总涌水量为147m?/h，导致部分井壁出现不同程度的裂痕及损坏现象。
副井设计井筒净径7.5m，井筒设计深度535.4m，二期施工中，在-450m水平石门巷施工至235m处时出现拱顶及帮部冒落塌方现象，并伴有较大的涌水，涌水量达50m?/h，且水质浑浊。
2 水文地质情况
针对两井施工时实际揭露的岩石多数为绿泥岩，灰黑色，主要由黑云变粒岩和混合花岗岩破碎而成，裂隙发育，层理性差，泥质及钙质充填物较多，局部见断层泥，涌水量较大，水质浑浊。根据地质资料，两井的涌水部位，断层破碎带走向同为西北-东南，倾向向西，倾角为51°，对两井破碎带位置的水质进行水质化验，报告显示水中化学成分基本相同，对两井进行连通实验，判定两井的破碎带属于同一破碎帶。
3 治理方案的选定
经多方研究制定了三种治理方案：
方案一：主井采用抛碴注浆的施工方法，副井采用长探注浆的方法进行破碎带加固。
方案二：主井采用止浆垫施工，副井采用长探注浆的方法进行破碎带加固。
方案三：主井采用止浆垫施工，副井采用施工止浆墙注浆的方法进行破碎带加固。
对三种方案进行比较，方案一采用抛碴注浆的施工方法时间较长，成功率较低，费用较高；方案二中长探注浆的施工方法注浆成功率较低，破碎带塌落现象严重，并且涌水量大，对施工造成了较大的安全隐患；方案三的施工方法安全系数高，成功率高，能够较好的处理破碎带。综合上述分析，最后采用方案三的施工方法。
4 施工方案
主井和副井两井在同一厂区内，两井筒井中心相距125m。经多方观察研究分析，确定主井井底破碎带和副井-450m水平破碎带为同一破碎带，沟通性较好，主井采用止浆垫施工，副井采用止浆墙长探注浆的方法进行破碎带加固。
4.1 主井止浆垫施工
（1）浇注止浆垫前，分别在井壁上0～0.4m﹑0.8m～1.2m位置，开凿出高0.4m，深0.2m的环形槽，以加固止浆垫，防止止浆垫漏浆。
（2）孔口管安装
孔口管采用φ108mm×4.5mm无缝钢管制作，长4.5m。管外面焊钢筋箍或倒刺。根据井筒净直径及井筒实际揭露破碎带的情况，先期预埋6个注浆孔；径向布置，其中1#、3#、4#、5#、6#孔向外倾角5°，2#孔向外倾角3°，孔口管布孔圈径为φ4.8m孔深33.5m（见图1、图2）。
（3）滤水层施工
施工止浆垫时先将工作面安设2个长7500㎜，Φ500㎜，14㎜壁厚的铁制滤水桶，桶中设置电动潜水泵进行坚持排水。然后井筒工作面抛井深3500㎜的碎石滤水层。
（4）止浆垫浇注
止浆垫厚度参照公式Bn=Por/[?]+0.3r，经计算止浆垫厚度为3.5m，取4m。
Po=16MPa，r=3.5m，[?]=R3～7 2/3=35×2/3=23.4MPa
R3～7—砼3～7d抗压强度 混凝土标号为C35
待止浆垫凝固7d后，进行工作面打钻、注浆。
（5）打钻注浆
钻机选用两台MKQJ120/40潜孔钻机，钻孔直径90mm；注浆使用一台2TBYSB12-3/5-15-37型注浆泵，注单液水泥浆，一台2TGZ-120/10.5型注浆泵，注水泥-水玻璃双液浆；采用单液水泥浆为主，适时采用水泥-水玻璃双液浆，选用新鲜42.5普硅水泥；水玻璃模数M取2.8～3.1，波美度38-40 Be′，本次注浆采用下行式注浆，水量大于5m3/h停止钻进，进行注浆，再扫孔复注直至终孔位置。使用单液浆时，浆液起始水灰比为1：1，随着注浆压力的变化，水灰比可调整为0.75：1、0.5：1。使用双液浆时，水泥浆水灰比为1：1，水泥浆和水玻璃的体积比为1：0.6。注浆压力的大小，直接影响浆液的扩散距离及水泥胶结密实程度，注浆终压取静水压力的2倍。
浆液注入量根据孔内实际情况，预计浆液注入量按公式V=NAπR2Hηβ/m计算得299.2m3约209吨水泥。（以实际使用量计算）
式中：A---表示浆液损失系数，取A=1.5；
R--浆液扩散半径，2m；N---注浆孔数，个
H---注浆段高，25m；η---岩层裂隙率，取10%；
β---浆液在裂隙内的有效充填系数，取0.9；
m---浆液结石率，取m=0.85；
4.2 副井止浆墙的施工
止浆墙位置距工作面8m处，首先清理巷道内的矸石，底板清理到硬岩后，在离止浆墙1m处施工挡水墙（挡水墙厚度1m，高度1.2m），挡水墙用袋装水泥垒砌，用水泵将工作面的水排至沉淀池。随着止浆墙的浇筑安设底层泄水管两根（?159mm×6mm×6m），一根（?108mm×6mm×6m）导水管，上部安设注浆充填管两根（?108mm×6mm）。
止浆墙浇筑完成并养护7天结束后关闭止浆墙上的所有阀门，观察止浆墙及已施工的工程，如止浆墙无大的出水点等异常情况后，利用2TBYSB12-3/5-15-37型注浆泵进行空巷区及破碎带充填注浆工作，充填结束的标准：根据埋设的最上部通往空区的注浆充填管返浆。 待空区充填注浆结束后，利用MKQJ120/40型潜孔钻进行破碎带出水位置注浆加固，共布设探水孔11个，其中：长探孔注浆长度暂定为45m，布控探水孔6个；短探孔注浆长度暂定为20m，布设探水孔5个；为更好的对破碎地层进行加固注浆，探到有涌水即进行注浆封堵，直到施工完所有探水孔并注完浆为止（见图3、图4）。
（1）止浆墙型式及厚度确定
选用平面型混凝土止浆墙，砼等级C35。止浆墙厚度按《建井工程手册》中公式确定：
B= K*（ωb/2 h[σ]）1/2
式中：B----混凝土止浆墙厚度（m）；K----安全系数（1.4-1.5）；
ω---作用在墙上的全载荷kg，ω=PF=286.5kg；
F----混凝土止浆墙面积（19.1㎡）；P----注浆终压（15MPa）；
b----巷道宽度（4.7m）；h----巷道高度（4.4m）；
[σ]--混凝土允許抗压强度（26.25MPa）。
设计注浆终压为15MPa；混凝土强度需要达到设计强度的75%方可进行探水注浆作业，即[σ]混凝土允许抗压强度为35*0.75MPa；巷道的宽度为4.7m，高度为4.4m，取k的系数为1.5则：
B=1.4*[（286.5*4.7）/（2*4.4*26.25）]1/2=3.38m；取止浆墙厚为3.5m。
（2）打钻注浆
选用潜孔MKQJ120/40型钻机，钻孔直径90mm。注浆材料：水泥选用P.O42.5/P.S.A.32.5；水玻璃模数M取2.8～3.2，波美度38-40Be。注浆设备：一台2TBYSB12-3/5-15-37型注浆泵，注单液水泥浆，一台2TGZ型注浆泵，注水泥-水玻璃双液浆。注浆终压不小于静水压力的2～2.5倍。浆液需用量可按下式计算：
每个钻孔注入量：
Q=λ×（πR2Hηβ/m）=1.3×（3.14×42×20×0.03×0.9/0.85）=41.49m?
Q=λ×（πR2Hηβ/m）=1.3×（3.14×42×45×0.03×0.9/0.85）=93.35m?
注浆段总注入量：Q0=N×Q=5×41.49+6×93.35=767.55m?。
按双液浆量占1/3进行估算，液浆消耗量为767.55m?，双液浆为255.87m?。水泥量为586.61+164.3=750.91t，水玻璃量为194.2t。
注：注浆量以实际发生为准。
式中λ——浆液消耗系数，取1.3；
R——浆液扩散半径（4m）；H——注浆段长（m）；
η——岩层平均孔隙率，取0.03；β— 浆液充填系数，取0.9；
m——浆液结石率，取0.85 N—— 注浆孔数
5 结语
通过止浆垫、止浆墙与长探注浆相结合的实施方案，对破碎带动水的治理及加固起到了较好的效果，主井井筒涌水量由147m?/h降低至11.5m?/h，副井破碎带涌水量50m?/h降低至4.8m?/h，保证了主井井筒及副井平巷施工的安全，避免了淹井等事故的发生，该治水方法堵水率高、工艺简单、效果可靠，是在断层破碎带，涌水量较大的情况下施工的一种有效方法。
参考文献：
[1]周兴旺.注浆施工手册[M].北京：煤炭工业出版社，2013.
[2]杨治国.白坪煤矿快速建井技术[M].北京：煤炭工业出版社，2013.
[3]沈季良. 建井工程手册[M].北京：煤炭工业出版社，1986.
作者简介：
王赞（1976-），男，吉林洮南人，大学，工程师，具有丰富的矿井施工与管理经验。
关键词：断层破碎带；止浆垫；止浆墙；注浆方法
1 工程概况
河钢矿业大贾庄铁矿主井设计井筒净径6.0m，井筒设计深度685.23m。主井采用第四系段冻结、基岩段地表预注浆的掘井施工方案。在井筒掘砌过程中，掘进至标高-666.0m～-667.5m过程中出现局部坍塌并伴有较大涌水，水质浑浊，经实测井筒总涌水量为147m?/h，导致部分井壁出现不同程度的裂痕及损坏现象。
副井设计井筒净径7.5m，井筒设计深度535.4m，二期施工中，在-450m水平石门巷施工至235m处时出现拱顶及帮部冒落塌方现象，并伴有较大的涌水，涌水量达50m?/h，且水质浑浊。
2 水文地质情况
针对两井施工时实际揭露的岩石多数为绿泥岩，灰黑色，主要由黑云变粒岩和混合花岗岩破碎而成，裂隙发育，层理性差，泥质及钙质充填物较多，局部见断层泥，涌水量较大，水质浑浊。根据地质资料，两井的涌水部位，断层破碎带走向同为西北-东南，倾向向西，倾角为51°，对两井破碎带位置的水质进行水质化验，报告显示水中化学成分基本相同，对两井进行连通实验，判定两井的破碎带属于同一破碎帶。
3 治理方案的选定
经多方研究制定了三种治理方案：
方案一：主井采用抛碴注浆的施工方法，副井采用长探注浆的方法进行破碎带加固。
方案二：主井采用止浆垫施工，副井采用长探注浆的方法进行破碎带加固。
方案三：主井采用止浆垫施工，副井采用施工止浆墙注浆的方法进行破碎带加固。
对三种方案进行比较，方案一采用抛碴注浆的施工方法时间较长，成功率较低，费用较高；方案二中长探注浆的施工方法注浆成功率较低，破碎带塌落现象严重，并且涌水量大，对施工造成了较大的安全隐患；方案三的施工方法安全系数高，成功率高，能够较好的处理破碎带。综合上述分析，最后采用方案三的施工方法。
4 施工方案
主井和副井两井在同一厂区内，两井筒井中心相距125m。经多方观察研究分析，确定主井井底破碎带和副井-450m水平破碎带为同一破碎带，沟通性较好，主井采用止浆垫施工，副井采用止浆墙长探注浆的方法进行破碎带加固。
4.1 主井止浆垫施工
（1）浇注止浆垫前，分别在井壁上0～0.4m﹑0.8m～1.2m位置，开凿出高0.4m，深0.2m的环形槽，以加固止浆垫，防止止浆垫漏浆。
（2）孔口管安装
孔口管采用φ108mm×4.5mm无缝钢管制作，长4.5m。管外面焊钢筋箍或倒刺。根据井筒净直径及井筒实际揭露破碎带的情况，先期预埋6个注浆孔；径向布置，其中1#、3#、4#、5#、6#孔向外倾角5°，2#孔向外倾角3°，孔口管布孔圈径为φ4.8m孔深33.5m（见图1、图2）。
（3）滤水层施工
施工止浆垫时先将工作面安设2个长7500㎜，Φ500㎜，14㎜壁厚的铁制滤水桶，桶中设置电动潜水泵进行坚持排水。然后井筒工作面抛井深3500㎜的碎石滤水层。
（4）止浆垫浇注
止浆垫厚度参照公式Bn=Por/[?]+0.3r，经计算止浆垫厚度为3.5m，取4m。
Po=16MPa，r=3.5m，[?]=R3～7 2/3=35×2/3=23.4MPa
R3～7—砼3～7d抗压强度 混凝土标号为C35
待止浆垫凝固7d后，进行工作面打钻、注浆。
（5）打钻注浆
钻机选用两台MKQJ120/40潜孔钻机，钻孔直径90mm；注浆使用一台2TBYSB12-3/5-15-37型注浆泵，注单液水泥浆，一台2TGZ-120/10.5型注浆泵，注水泥-水玻璃双液浆；采用单液水泥浆为主，适时采用水泥-水玻璃双液浆，选用新鲜42.5普硅水泥；水玻璃模数M取2.8～3.1，波美度38-40 Be′，本次注浆采用下行式注浆，水量大于5m3/h停止钻进，进行注浆，再扫孔复注直至终孔位置。使用单液浆时，浆液起始水灰比为1：1，随着注浆压力的变化，水灰比可调整为0.75：1、0.5：1。使用双液浆时，水泥浆水灰比为1：1，水泥浆和水玻璃的体积比为1：0.6。注浆压力的大小，直接影响浆液的扩散距离及水泥胶结密实程度，注浆终压取静水压力的2倍。
浆液注入量根据孔内实际情况，预计浆液注入量按公式V=NAπR2Hηβ/m计算得299.2m3约209吨水泥。（以实际使用量计算）
式中：A---表示浆液损失系数，取A=1.5；
R--浆液扩散半径，2m；N---注浆孔数，个
H---注浆段高，25m；η---岩层裂隙率，取10%；
β---浆液在裂隙内的有效充填系数，取0.9；
m---浆液结石率，取m=0.85；
4.2 副井止浆墙的施工
止浆墙位置距工作面8m处，首先清理巷道内的矸石，底板清理到硬岩后，在离止浆墙1m处施工挡水墙（挡水墙厚度1m，高度1.2m），挡水墙用袋装水泥垒砌，用水泵将工作面的水排至沉淀池。随着止浆墙的浇筑安设底层泄水管两根（?159mm×6mm×6m），一根（?108mm×6mm×6m）导水管，上部安设注浆充填管两根（?108mm×6mm）。
止浆墙浇筑完成并养护7天结束后关闭止浆墙上的所有阀门，观察止浆墙及已施工的工程，如止浆墙无大的出水点等异常情况后，利用2TBYSB12-3/5-15-37型注浆泵进行空巷区及破碎带充填注浆工作，充填结束的标准：根据埋设的最上部通往空区的注浆充填管返浆。 待空区充填注浆结束后，利用MKQJ120/40型潜孔钻进行破碎带出水位置注浆加固，共布设探水孔11个，其中：长探孔注浆长度暂定为45m，布控探水孔6个；短探孔注浆长度暂定为20m，布设探水孔5个；为更好的对破碎地层进行加固注浆，探到有涌水即进行注浆封堵，直到施工完所有探水孔并注完浆为止（见图3、图4）。
（1）止浆墙型式及厚度确定
选用平面型混凝土止浆墙，砼等级C35。止浆墙厚度按《建井工程手册》中公式确定：
B= K*（ωb/2 h[σ]）1/2
式中：B----混凝土止浆墙厚度（m）；K----安全系数（1.4-1.5）；
ω---作用在墙上的全载荷kg，ω=PF=286.5kg；
F----混凝土止浆墙面积（19.1㎡）；P----注浆终压（15MPa）；
b----巷道宽度（4.7m）；h----巷道高度（4.4m）；
[σ]--混凝土允許抗压强度（26.25MPa）。
设计注浆终压为15MPa；混凝土强度需要达到设计强度的75%方可进行探水注浆作业，即[σ]混凝土允许抗压强度为35*0.75MPa；巷道的宽度为4.7m，高度为4.4m，取k的系数为1.5则：
B=1.4*[（286.5*4.7）/（2*4.4*26.25）]1/2=3.38m；取止浆墙厚为3.5m。
（2）打钻注浆
选用潜孔MKQJ120/40型钻机，钻孔直径90mm。注浆材料：水泥选用P.O42.5/P.S.A.32.5；水玻璃模数M取2.8～3.2，波美度38-40Be。注浆设备：一台2TBYSB12-3/5-15-37型注浆泵，注单液水泥浆，一台2TGZ型注浆泵，注水泥-水玻璃双液浆。注浆终压不小于静水压力的2～2.5倍。浆液需用量可按下式计算：
每个钻孔注入量：
Q=λ×（πR2Hηβ/m）=1.3×（3.14×42×20×0.03×0.9/0.85）=41.49m?
Q=λ×（πR2Hηβ/m）=1.3×（3.14×42×45×0.03×0.9/0.85）=93.35m?
注浆段总注入量：Q0=N×Q=5×41.49+6×93.35=767.55m?。
按双液浆量占1/3进行估算，液浆消耗量为767.55m?，双液浆为255.87m?。水泥量为586.61+164.3=750.91t，水玻璃量为194.2t。
注：注浆量以实际发生为准。
式中λ——浆液消耗系数，取1.3；
R——浆液扩散半径（4m）；H——注浆段长（m）；
η——岩层平均孔隙率，取0.03；β— 浆液充填系数，取0.9；
m——浆液结石率，取0.85 N—— 注浆孔数
5 结语
通过止浆垫、止浆墙与长探注浆相结合的实施方案，对破碎带动水的治理及加固起到了较好的效果，主井井筒涌水量由147m?/h降低至11.5m?/h，副井破碎带涌水量50m?/h降低至4.8m?/h，保证了主井井筒及副井平巷施工的安全，避免了淹井等事故的发生，该治水方法堵水率高、工艺简单、效果可靠，是在断层破碎带，涌水量较大的情况下施工的一种有效方法。
参考文献：
[1]周兴旺.注浆施工手册[M].北京：煤炭工业出版社，2013.
[2]杨治国.白坪煤矿快速建井技术[M].北京：煤炭工业出版社，2013.
[3]沈季良. 建井工程手册[M].北京：煤炭工业出版社，1986.
作者简介：
王赞（1976-），男，吉林洮南人，大学，工程师，具有丰富的矿井施工与管理经验。