沖積層預(yù)注漿結(jié)合管棚法超前支護(hù)的應(yīng)用

摘要：徐礦集團(tuán)天山公司俄霍布拉克煤礦放水巷在施工中遇到近200m寬沖積層，富含水，圍巖為礫石、黃泥、粗砂，圍巖隨著淋水沖刷掉頂折幫，采用常規(guī)施工法無(wú)法通過(guò)，通過(guò)工作面預(yù)注漿堵水及超前鋼管注漿加固圍巖方式施工，安全通過(guò)沖積層。

關(guān)鍵詞：沖積層；預(yù)注漿；管棚法；超前支護(hù)；放水巷 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TD265 文章編號(hào)：1009-2374（2015）33-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.019

1 工程概況

徐礦集團(tuán)天山公司俄霍布拉克煤礦在2009年5月12日東一里采區(qū)1106工作面回采至古沖溝邊緣時(shí)出現(xiàn)頂板掉水，瞬間水量達(dá)到120m?/h，最大水量超過(guò)1300m?/h，致使礦井東翼古沖溝經(jīng)過(guò)的區(qū)域煤炭不能回采。為緩解徐礦集團(tuán)天山公司俄霍布拉克煤礦井下涌水量，通過(guò)在井田上游施工放水巷放水，從而消除井下水患。放水巷分東西兩頭同時(shí)施工，東頭巷道坡度3‰，西頭巷道坡度-3‰，均沿8煤底板掘進(jìn)，設(shè)計(jì)支護(hù)方式為11#工字鋼架棚并噴漿支護(hù)。放水巷西頭在進(jìn)入古沖溝時(shí)煤層消失揭露第四系沖積層，沖積層厚度212m，因沖積層結(jié)構(gòu)松散造成頂板嚴(yán)重冒頂，無(wú)法支護(hù)，后造成頂板掉水，最大涌水量超過(guò)900m?/h，穩(wěn)定后工作面涌水量130m?/h，掘進(jìn)工作被迫暫停。通過(guò)在冒頂區(qū)下游施工繞道，進(jìn)行工作面預(yù)注漿堵水及超前鋼管注漿加固圍巖并改用29U型棚支護(hù)，順利通過(guò)沖積層。本文將介紹工作面預(yù)注漿堵水及超前鋼管注漿加固圍巖法施工。

2 揭露沖積層前后面臨巷道掘進(jìn)支護(hù)的變化

2.1 原巷道的施工工藝及支護(hù)方式

原巷道斷面主要有兩種形式，煤層中巷道為梯形斷面，上口凈寬2.6m，下口凈寬3.52m，凈高2.4m，11#礦工鋼掛網(wǎng)噴漿支護(hù)，棚距800mm，噴厚100mm；巖巷段采用直墻半圓拱斷面，凈寬3m，凈高2.8m，錨梁網(wǎng)噴支護(hù)，錨桿φ20L=1800@800，菱形鋼筋網(wǎng)配直徑φ12圓鋼鋼帶，噴厚100mm。巷道通過(guò)斷層和軟巖破碎帶時(shí)，采用鋼管撞楔超前支護(hù)：在巷道拱部掘進(jìn)輪廓線(xiàn)外50mm、間隔300mm打眼，眼深2.8m，插入φ35mm、L=3m的鋼管，鋼管尾部用鋼帶和錨桿托緊。掘進(jìn)時(shí)，在前一排超前鋼管還未失效前，必須緊跟第二排超前鋼管，如此一排接一排，起到護(hù)頂作用。

2.2 揭露沖積層后面臨的難題

巷道圍巖為礫石層，超前鋼管起不到護(hù)頂作用；工作面松散，爆破法施工出現(xiàn)塌孔；圍巖破碎，淋水大，流水沖刷礫石層，頂板隨掘隨冒，扶棚支護(hù)出現(xiàn)大片空頂，漿不上噴，給支護(hù)帶來(lái)困難；工作環(huán)境惡劣，安全管控難度大。

2.3 解決問(wèn)題的思路

（1）解決水的問(wèn)題，把迎頭出水量控制下來(lái)，便于工人施工，因此對(duì)工作面必須提前進(jìn)行注漿封堵；（2）進(jìn)行超前支護(hù)改革，提前控制頂板，使松散巖層整體膠結(jié)不掉落，封堵裂隙水，減少迎頭出水量，采用鋼管進(jìn)行超前支護(hù)，加長(zhǎng)鋼管長(zhǎng)度，并在超前支護(hù)的鋼管上鉆眼，便于注漿；（3）更改巷道支護(hù)參數(shù)，由11#工字鋼梯形棚支護(hù)改為29U型棚支護(hù)，將棚距改為500mm。

3 工作面預(yù)注漿堵水及永久支護(hù)

第一，因圍巖多為礫石、粗砂，結(jié)構(gòu)松散，裂隙多，靜水壓力大，為了保證工作面預(yù)注漿過(guò)程盡量減少跑漿、漏漿，在注漿前對(duì)工作面打止?jié){墊進(jìn)行封閉。

第二，工作面先用混凝土澆筑一層3m后止?jié){墊，在澆筑止?jié){墊時(shí)埋入12根Φ108mm鋼管，沿巷道輪廓線(xiàn)布置9根，巷道中線(xiàn)布置3根，鋼管外端焊接法蘭盤(pán)并安裝閘閥。止?jié){墊凝固后使用ZDY-1300型煤礦用全液壓坑道鉆機(jī)、Φ50mm鉆桿和配套Φ90mm鉆頭沿預(yù)埋鋼管打鉆孔，鉆孔長(zhǎng)度60m。注漿漿液最初使用水泥漿和水玻璃雙液漿，但由于水溫低、水流速大，注漿效果比較差，后將注漿漿液改為化學(xué)漿馬立散，實(shí)踐中馬立散能夠迅速封堵裂隙降低管內(nèi)涌水量。注漿后對(duì)鉆孔進(jìn)行復(fù)鉆，若水量小于5m?/h，則進(jìn)入下道工序，否則繼續(xù)復(fù)鉆注漿，直至將單孔水量降至5m?/h（附工作面預(yù)注漿管孔施工圖）。

第三，工作面注漿結(jié)束后，挖掉止?jié){墊，并對(duì)止?jié){墊位置（3m）進(jìn)行刷擴(kuò)（臥鉆機(jī)用），頂、幫各刷擴(kuò)500mm，使用12#槽鋼自制成拱形棚進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，棚距500mm，并噴漿支護(hù)。管棚施工結(jié)束后對(duì)臨時(shí)支護(hù)段進(jìn)行29U型棚套棚，充填嚴(yán)密，噴漿封閉。管棚施工開(kāi)鉆前，必須對(duì)工作面噴漿封閉，噴漿厚度不小于100mm。按中腰線(xiàn)畫(huà)出巷道輪廓線(xiàn)，確定孔眼位置，嚴(yán)格按孔眼布置圖角度打眼，不合格的孔眼孔口處使用木楔、棉紗、道釘封堵嚴(yán)實(shí)，再重新打眼，技術(shù)人員要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，做好原始記錄，記錄數(shù)據(jù)要齊全、準(zhǔn)確，作為巷道各工序的施工參考。鉆機(jī)臥好后進(jìn)行管棚施工，使用ZDY-1300型煤礦用全液壓坑道鉆機(jī)、Φ50mm鉆桿和配套Φ65mm鉆頭沿巷道輪廓線(xiàn)打超前支護(hù)管孔，鉆孔順序由左幫底腳開(kāi)始，依次由左底向頂（中）、由頂（中）向右底，并且依次編號(hào)；長(zhǎng)度18m；超前管子采用3根長(zhǎng)度6m的Φ50mm無(wú)縫鋼管，鋼管連接處井下現(xiàn)場(chǎng)焊接，總長(zhǎng)度18m；每施工一個(gè)管孔立即安裝管子，無(wú)縫鋼管的管外口與鉆孔間隙用棉紗或海帶充填密實(shí)，為下一步從管內(nèi)注漿起到固管作用。安裝超前管子時(shí)，管子要與管孔平行，慢慢插入，外露長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)時(shí)，需在管口墊厚木板使用鐵錘砸入。管孔角度與巷道中線(xiàn)呈2°夾角，間距200mm，外露300mm，合計(jì)41根。管棚施工完畢后，使用ZBY3/7.0-11型號(hào)注漿機(jī)對(duì)各管孔進(jìn)行注漿加固，注漿漿液為化學(xué)漿馬立散（附超前鋼管管孔施工圖）。

圖1 工作面預(yù)注漿管孔布置圖 圖2 超前鋼管管孔布置圖

第四，掘進(jìn)及永久支護(hù)：注漿24小時(shí)后，可進(jìn)行掘進(jìn)扶棚，巷道采用29U型鋼架棚支護(hù)，直墻半圓拱形斷面，棚距500mm，扶棚時(shí)，一循環(huán)一棚，采用掘進(jìn)-扶棚-噴漿支護(hù)、棚棚推進(jìn)的掘進(jìn)方式，噴漿緊跟迎頭，減少?lài)鷰r暴露時(shí)間。人工風(fēng)鎬掘進(jìn)，不得放炮，防止圍巖炮震松動(dòng)。對(duì)U型棚進(jìn)行整體加固，每扶一棚均要用拉桿固定，拉桿使用Φ18螺紋鋼加工，加固方式為梁中一道，兩側(cè)棚腿自下向上1.1m、2.2m處各一道，每棚共5道，全斷面鋪設(shè)菱形網(wǎng)，水泥背板，杜絕空頂、空幫、空肩窩現(xiàn)象。

第五，防U型棚擠壓變形措施：每棚兩棚腿底腳使用11#工字鋼進(jìn)行支撐加固，防止棚腿收縮變形，工字鋼兩端焊接長(zhǎng)度200mm的12#槽鋼卡口。

第六，注漿漿液效果對(duì)比：第一階段工作面預(yù)注漿采用水泥漿和水玻璃雙液漿，水泥采用PO42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比由1∶1～O.8∶1逐級(jí)調(diào)配。水玻璃濃度為35～40Be水泥漿與水玻璃體積比為1∶O.5。由于水溫低流量大，注漿效果很差，造成迎頭反復(fù)打鉆注漿，第一階段從工作面預(yù)注漿到超前鋼管注漿施工完畢，合計(jì)耗時(shí)112天。工作面預(yù)注漿長(zhǎng)度60m，超前鋼管36m，每次工作面預(yù)注漿后進(jìn)行2個(gè)循環(huán)超前鋼管注漿，超前鋼管注漿結(jié)束后進(jìn)行掘砌，掘砌長(zhǎng)度30m。在打鉆注漿過(guò)程中，遇到了從未遇到過(guò)的復(fù)雜地質(zhì)情況，礫石不但堅(jiān)硬，而且粒徑較大，鉆進(jìn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)塌孔、埋孔，鉆頭鉆具損壞頻繁，遇到大塊礫石鉆桿會(huì)偏離方向，并且由于水的流速快，雙液漿凝固慢，造成注漿效果不理想，只能反復(fù)的復(fù)鉆、注漿。

由于第一段施工時(shí)間太長(zhǎng)，第二階段改用化學(xué)漿馬立散，采用大功率鉆機(jī)，并將工作面超前鋼管注漿長(zhǎng)度調(diào)整至18m。上述更改出發(fā)點(diǎn)有：（1）雙液漿凝固慢，流失多，而采用化學(xué)漿則見(jiàn)水就凝固，能有效封堵裂隙；（2）大功率鉆機(jī)鉆進(jìn)速度快；（3）縮短打鉆注漿長(zhǎng)度能有效避免斷鉆桿并將鉆孔控制在有效斷面內(nèi)。采用化學(xué)漿施工法后，第二段循環(huán)施工時(shí)間僅60天，大大提高了效率，并且掘進(jìn)過(guò)程中巷道周圈淋水得到很好的控制，圍巖較穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用以上一系列工藝改革、創(chuàng)新，經(jīng)過(guò)實(shí)踐，充分證明工作面預(yù)注漿并結(jié)合管棚法施工通過(guò)特厚沖積層是可行的，特別是在古沖溝最后60m施工時(shí)，巷道頂板淋水及底角涌水增大，通過(guò)采取底板下鋼梁加固U型棚，增大注漿壓力，反復(fù)復(fù)鉆等措施來(lái)保證注漿質(zhì)量，最后安全地實(shí)現(xiàn)了巷道貫通。

作者簡(jiǎn)介：鄒雷（1981-），男，江蘇宿遷人，供職于江蘇省礦業(yè)工程集團(tuán)有限公司建井工程處，研究方向：礦井基本建設(shè)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）