高压旋喷技术在井巷工程表土层塌陷带处理的应用

钟德祥

（福煤（漳平）煤业有限公司 福建漳平 364403）

1 高压旋喷技术原理

高压旋喷注浆法兴起于20世纪70年代初期，80年代后得到全面发展和应用。高压旋喷桩原理是用钻机先钻孔至设计高程位置，将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，通过高压设备将预先配制好的浆液从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流切割破坏土体，喷射过程中钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土层中形成一定直径的固结柱状体，起到充填、止水和加固地基的作用。

高压旋喷注浆根据喷射方法可分别采用单管法、二管法和三管法。高压旋喷注浆法对处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、沙土、人工填土和碎石土等具有良好的效果，在建筑的地基与基础施工以及浅埋隧道的预支护中得到广泛运用。

2 工程概况

箭竹坪煤矿属于新建项目，设计能力30万t/a。+283 m主平硐上方山地平缓，山地坡度约15°，设计与山地呈约35°斜交布置，呈斜交后的山地伪斜坡度约10°，在主平硐0～100 m距离内与地面高差约0～23 m。箭竹坪煤矿+283 m主平硐所处溪口组表土层主要以黄土和沙质土为主，透水性强、粘结性差，遇水后会产生膨胀，易坍塌。硐口上部山地种植农作物，灌溉的土层富水性强。该地区雨水较为丰富，地势较为平缓，大气降水不易泄流，积聚在山地易渗透到土层中。

2016年9月中旬，受“莫兰蒂”和“鲇鱼”强热带风暴影响，雨季时间较长，土体水分充分饱和、强度减弱。+283 m主平硐施工到距硐口约41 m处，迎头淋水加大，沙质土体泡水严重失去粘性，呈稀泥状流出，巷道压力增大。为保证安全施工，矿方曾采取型钢支护钻楔掘进施工，但顶部的沙质土仍大量沿背板间隙流出，支架压力持续加大，清除流出的沙质土约100 m3，无法继续前进。9月28日开始对支架段再补架并打柱加固。10月1日国庆放假停产，10月3日地面巡查发现地表产生塌陷，10月4日采取打密柱结合背板临时封闭迎头。

矿井曾考虑从迎头退出若干米重新掘砌避开塌陷带、井巷注浆后掘进的处理方案，但因地形条件、矿界及设计因素，施工无法避开该段地层存在的安全隐患问题而放弃。

3 技术方案

3.1 方案

鉴于井巷塌方带距离地表较近的现状，从地表处架设高压旋喷钻机，从地表垂直精准打钻孔到达巷道两侧和拱部，然后采用高压旋喷注浆法在塌陷带及周边一定范围内形成地下拱状构筑物，固结后起到支撑塌陷带巷道周边土体的作用。

3.2 钻孔布置和注浆高度

在巷道左右两侧壁布置2排孔，孔深为20.3 m，应低于设计巷道底板高程1 m标高；在巷道拱部布置6排孔，拱中间短两侧深为16～17 m；孔距为600 mm×600 mm；采用三角形布孔，两排孔与孔之间交互错开300 mm。从孔底自下而上高压旋喷注浆，巷道左右两侧的有效喷射高度不低于6 m，拱部有效喷射高度不低于3 m，见图1。

4 施工流程

4.1 准备工作

（1）先将主平硐上方塌陷区欲高压旋喷注浆的范围用土回填压实平整，确保地面施工作业人员和设备的安全，以利于小型履带钻机作业。

（2）对塌陷区回填平整后的地坪标高与主平硐需高压旋喷注浆高程进行准确测量，以巷道中心线和掘进巷道宽度精准确定注浆钻孔孔位和深度，误差控制在10 cm之内。

（3）将主平硐迎头用实心砖砌筑挡土墙封闭（最小厚度24 cm，1顺1丁），并将墙内空间用土浆充实，减少水泥浆用量。

4.2 设备及人员

①天津聚能泵（90 kW电机）1台及配套；②搅拌机1对；③小型履带旋喷钻机2台及配套（1台钻孔时，另1台高喷，互错）；④人员8人；⑤工期15天。

4.3 高压旋喷工艺参数

①孔径：高喷钻孔孔径为 φ110 mm；②压力 18～20 MPa；③浆液水灰比：0.8～1.0；④旋喷转速：20 r/min；⑤旋喷提速：15～20 cm/min；⑥桩径：φ600 mm；⑦桩垂直度偏差：0.5%；⑧水泥掺入量：4包/m；⑨可外掺粉煤灰：2包/m；⑩可外掺添加剂：水玻璃 35～40°Be′，掺入比 5%。

4.4 施工技术要点

（1）孔位放样定位准确，每孔验收（含孔位、深度、偏斜率），定孔位允许偏差不超过20 mm；钻机钻杆的中心轴线对准孔位，允许偏差不超过50 mm；孔斜率不大于1%；钻孔后用φ110 mm约500 mm长的PVC在孔口作标记。

（2）高压旋喷注浆先作业两侧墙，后作业拱顶部分。为防止注浆时，两桩距离太近或间隔时间太短，造成相邻高压喷孔串浆，应采取间隔跳孔注浆施工。

（3）现场施工应有技术员跟班作业，精确掌握施工状况，录入图表；根据实际情况调整个别参数。

（4）实时的控制、修正是高喷注浆成败的关键技术之一。高压旋喷注浆过程中应注意观察压力表状况，若出现压力骤然上升大量冒浆或下降等异常情况时，应及时停止提升和注浆，及时检查注浆管或巷道内的漏浆情况，发现注浆管堵塞应疏通或修补巷道破损挡墙，以防产生断桩。

5 处理效果

塌陷区经高压旋喷注浆处理后，沙质黄土与水泥浆经搅拌后，土中孔隙被水泥浆充填水份被挤出，土质得到密实固化形成桩体，强度得到较大提高，14天后强度正常可达1.0 MPa左右。施工时巷道迎头不再出现淋水，采用风镐或洋镐挖掘，未产生新的塌方，顺序通过塌陷区，施工安全性高，达到了预期的效果。

6 结语

通过实践，高压旋喷技术在箭竹坪煤矿+283 m主平硐处理浅表段沙质软土塌陷区，起到很好的改善固化土质、提高施工进度、减少工程费用、保障安全施工的作用。因此，高压旋喷注浆的建筑施工技术对煤矿井筒施工过表土层淤泥质土、沙质松软土是一种较为有效的施工安全技术。