預(yù)注漿堵水在巷道穿過(guò)奧陶系泥灰?guī)r層中的應(yīng)用

魏生強(qiáng)

(西山煤電集團(tuán)公司東曲礦,山西省古交市,030200)

★煤礦安全 ★

預(yù)注漿堵水在巷道穿過(guò)奧陶系泥灰?guī)r層中的應(yīng)用

魏生強(qiáng)

(西山煤電集團(tuán)公司東曲礦,山西省古交市,030200)

為了解決掘進(jìn)巷道在穿過(guò)泥灰?guī)r、石膏礦層等特殊地質(zhì)構(gòu)造體處易發(fā)生涌水事故的問(wèn)題,在西山煤電東曲礦燃料運(yùn)輸通道施工過(guò)程中對(duì)預(yù)注漿堵水技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用研究,結(jié)果表明,超前預(yù)注漿技術(shù)可以有效控制巷道掘進(jìn)中的涌水量,注漿段剩余漏水量均不大于8 m3/h。

礦井水害 預(yù)注漿 泥灰?guī)r 石膏礦層

AbstractAn app lication research is conducted on the water blocking technology by p regrouting during the construction of fuel transportation channel in Dongqu M ine in a bid to solve the p roblem s of water outbursting often seen at special geological structuresw here tunnels are to be driven through,such as marl slate and gypsum formations.The app lication show s that the p re-grouting technology can effectively control the w ater outbursing volume in the roadw ay development and thus p lays a good role in reducing the water drainage burden.

Key wordsw ater related disasters in m ines,p re-grouting,marl slate,gypsum fo rmation

在富水泥灰?guī)r、石膏礦層、薄層角礫狀石灰?guī)r為主的巖層中掘進(jìn)施工,國(guó)內(nèi)比較罕見。隨著煤礦開采的日益增多,會(huì)遇到各種復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造,而注漿技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)逐漸成熟,但是在特殊構(gòu)造下使用還缺乏相應(yīng)的理論依據(jù)和成功的案例。西山煤電集團(tuán)東曲礦運(yùn)輸燃料通道施工中使用注漿堵水技術(shù)取得了良好的效果,為今后類似的情況提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1 概況

西山煤電古交電廠燃料運(yùn)輸工程項(xiàng)目位于古交市,其中東曲段燃料運(yùn)輸通道要穿過(guò)奧陶系中統(tǒng)峰峰組巖層,主要以泥灰?guī)r、角礫狀白云質(zhì)泥灰?guī)r、石膏礦層,薄層角礫狀石灰?guī)r為主,質(zhì)軟,極破碎,遇水軟化,易坍塌,天然狀態(tài)下難于施工。該段泥灰?guī)r、角礫狀泥灰?guī)r組的單軸抗壓強(qiáng)度 R為 0.8～1.7 M Pa,平均1.25 M Pa。該通道頂板巖層主要以峰峰組石灰?guī)r、泥灰?guī)r及石膏層組成,地下水主要以垂直向滲透為主,該層受斷裂及其他內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用,溶孔裂隙較發(fā)育,富水性強(qiáng)。預(yù)計(jì)該段涌水量3303 m3/h。為了使施工安全順利進(jìn)行,施工方法確定為先探后掘、注漿堵水、臺(tái)階式作業(yè)、超前初期支護(hù)、二次襯砌。本文重點(diǎn)介紹注漿堵水的工藝。

2 施工前探水

在施工時(shí),必須嚴(yán)格執(zhí)行先探后掘的原則,每次探水長(zhǎng)度為40 m,掘進(jìn)長(zhǎng)度為30 m,掘進(jìn)完30 m后再探40 m,以此循環(huán)。每次探水布置3個(gè)探孔,呈梅花扇形,頂部1個(gè)探孔,兩幫各1個(gè)探孔,探孔底部在毛斷面外3 m處。選用油壓鉆機(jī)和配套的鉆桿,鉆機(jī)為 GY-200-1A型油壓鉆機(jī),鉆桿直徑75 mm(見圖1)。

圖1 探水鉆孔布置示意圖

3 注漿堵水工藝

工作面探測(cè)到有突水、涌水時(shí),采用工作面注漿堵水,在探水工程中,若單孔水量達(dá)到 3～5 m3/h以上時(shí),視孔口管埋設(shè)牢固性決定是否施工擋漿墻進(jìn)行堵水。工作面預(yù)注漿根據(jù)探測(cè)情況布置注漿孔,注漿采用水泥-玻璃雙液漿,水灰配比為1∶0.5～1,注漿長(zhǎng)度為40 m,注漿效果檢驗(yàn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后才能掘進(jìn),最長(zhǎng)施工30 m,預(yù)留10 m作為下一循環(huán)的止?jié){巖柱。

3.1 注漿孔施工

3.1.1 注漿孔施工參數(shù)設(shè)定

先施工單號(hào)孔,后施工雙號(hào)孔,雙號(hào)即作復(fù)注孔,也作檢查孔,同時(shí)檢驗(yàn)漿液的擴(kuò)散半徑。

(1)布孔:注漿孔數(shù)量12個(gè) (根據(jù)探測(cè)情況布置注漿孔再調(diào)整),在巷道周圍圓形均勻布置,終孔在毛斷面外5 m處,施工角度為向外6.2°,孔深40.5 m,在工作面中間施工檢查孔1個(gè),孔深40 m(見圖2)。

圖2 注漿孔布置示意圖

(2)注漿孔開孔:采用GY-200型鉆機(jī)施工,注漿孔開孔直徑110 mm、終孔直徑75 mm。

(3)孔口管的埋設(shè):鉆機(jī)安裝到位開孔5 m后進(jìn)行預(yù)埋4 m孔口管,孔口管直徑108 mm,進(jìn)行注漿加固確?？卓诠芾喂?。

(4)孔口管試壓:待孔口管四周養(yǎng)護(hù)凝固后再進(jìn)行掃孔,掃完后用清水試壓,壓力必須達(dá)到2 M Pa以上。

3.1.2 注漿孔的施工

孔口管試壓完畢后,安裝好閘閥,進(jìn)行正常鉆進(jìn),鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)掌握孔內(nèi)的地質(zhì)情況和涌水變化,當(dāng)涌水超過(guò)10 m3/h時(shí),停止鉆進(jìn),拔出鉆桿,關(guān)閉閥門,防止水和泥漿外流。然后進(jìn)行注漿堵水,注漿完成后,進(jìn)行掃孔鉆進(jìn),達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.2 注漿

根據(jù)工程地質(zhì)條件注漿施工原則為:先單號(hào)后雙號(hào),以單液漿為主,當(dāng)單孔涌水超過(guò)10 m3/h,先注單液漿后雙液漿,如水泥-水玻璃雙液漿不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求就采用馬麗散堵水;當(dāng)灌注量超過(guò)設(shè)計(jì)注漿量時(shí),孔口仍不起壓力,采用間歇式注漿方法,間歇時(shí)間控制在15～30 m in左右。間歇后再繼續(xù)注漿,并且仍采用先從注稀漿開始,然后逐步加稠的注漿工序。二次注漿控制在設(shè)計(jì)量的25%左右,如果仍不起壓力,調(diào)整漿液配比再次進(jìn)行間歇注漿,直到符合要求的停止注漿標(biāo)準(zhǔn)位置。進(jìn)行間歇注漿時(shí),停漿前必須灌入清水,把注漿管內(nèi)的水泥漿液全部排空,一般灌入清水量為注漿管和孔內(nèi)容量之和的3倍左右,以防止下次注漿時(shí)注漿通道被堵塞。注漿時(shí)派專人在周圍進(jìn)行巡視,發(fā)現(xiàn)跑漿時(shí)及時(shí)采取處理措施。

3.2.1 注漿參數(shù)設(shè)定

注漿采用水泥為42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,水玻璃為40 be’堿性水玻璃,速凝劑為馬麗散。

注漿液采用水泥單漿液、水泥-水玻璃雙漿液,采用機(jī)械攪拌機(jī)井下現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。

單漿液的水灰比為1～0.2∶1。雙漿液的水灰比為1∶1,水泥漿∶水玻璃漿為1∶0.1～0.6(體積比)。注漿壓力及注漿量由如下兩種方法得出。

(1)注漿壓力的計(jì)算。注漿壓力由下式求出。

式中:P0——注漿點(diǎn)靜水壓力,取7 kg/cm2;

m——富余壓力,一般為5～8 kg/cm2,取8 kg/cm2。

經(jīng)計(jì)算,PC=15 kg/cm2。

(2)注漿量的估算。

每段注漿量由下式求出。

式中:A——漿液損失系數(shù),取1.35;

V——需要充填的體積,m3;

N——孔隙率,取2%。

經(jīng)計(jì)算,Q=653 m3。

3.3 注漿效果檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

注漿結(jié)束時(shí),需對(duì)原注漿孔進(jìn)行掃孔,若出現(xiàn)涌水現(xiàn)象,須進(jìn)行復(fù)注。以各注漿孔的注入量小于40 L/m in、注漿段剩余漏水量不大于10 m3/h作為注漿孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

通過(guò)在燃料運(yùn)輸通道施工過(guò)程中采用預(yù)注漿堵水技術(shù),有效的降低了巷道涌水量,注漿段剩余漏水量均不大于8 m3/h,達(dá)到了預(yù)期檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),充分證明了該技術(shù)的有效性和可行性。

[1]黃德發(fā),王綜敏,楊彬.地層注漿堵水與加固施工技術(shù)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社

[2]黃生根,龔維明.鉆孔灌注樁后壓漿的承載性能研究[J].巖土力學(xué),2004(8)

[3]譚鳳嬌.鉆孔灌注樁柱底注漿技術(shù) [J].施工技術(shù), 2007(4)

(責(zé)任編輯 梁子榮)

Application of water blocking by pre-grouting in driving roadways through marl slate formation of ordovician system

Wei Shengqiang

(Dongqu M ine,Xishan Coal&Power Group,Gujiao,Shanxi p rovince 030200,China)

B

魏生強(qiáng) (1964-),男,山西太原人,中國(guó)礦大在職研究生,現(xiàn)任東曲礦礦長(zhǎng)。