止?jié){墻注漿封堵D21凍結(jié)管環(huán)形空間水的應(yīng)用

龔惠春

摘要： 麥垛山井田地處鴛鴦湖礦區(qū)最南端，礦井水文地質(zhì)類型屬復(fù)雜型，采用主斜-副立井、單水平開拓方式?；仫L(fēng)立井輔助水平（西側(cè)）連接處施工至凍結(jié)管位置，巖層受擾動(dòng)發(fā)生了沿D21凍結(jié)管淋水、涌水、冒頂事故，涌水量最大達(dá)80m3/h。對(duì)此，麥垛山煤礦采用了澆筑止?jié){墻注漿堵水方案，成功封堵了凍結(jié)管環(huán)形空間出水，確保了回風(fēng)立井與回風(fēng)立井輔助水平西側(cè)連接處的順利貫通。

Abstract： Maiduoshan coal mine is located in the southernmost tip of Yuanyanghu mine area. Its hydrogeological type is complex. The main incline and secondary vertical shaft， and a single horizontal development method are used for mining. In the junctionarea of the air-shaft and the auxiliary horizon， series of water accidents such as water-outrush and roof-fall caused by the disturbance of the roof were occurred， and lead to a inflow of 80m3/h. As a result， a method of grouting technology was selected to plug water from annulus space of the D21 freezing hole， and this approach is successful and it ensures the transfixion between the air-shaft and the auxiliary horizon.

關(guān)鍵詞： 止?jié){墻；注漿封堵；環(huán)形空間水

Key words： preventing-grout wall；plug water by grouting technology；water outrush from annulus space

中圖分類號(hào)：TD745 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）29-0106-02

0 引言

寧煤集團(tuán)麥垛山煤礦采用主斜-副立井、單水平開拓方式，由于立井井筒穿過直羅組粗砂巖含水層，根據(jù)副立井、回風(fēng)立井檢查孔水文地質(zhì)資料，直羅組砂巖含水層富水性較強(qiáng)，因此，兩個(gè)立井采用了凍結(jié)施工，實(shí)踐表明在解凍后施工連接巷道時(shí)易發(fā)生凍結(jié)管環(huán)形空間導(dǎo)水事故，通過回風(fēng)立井過D21凍結(jié)管環(huán)形空間水的防治研究，利用止?jié){墻封堵巷道頂板出水方案可行，據(jù)此，該方案可利用于類似巷道迎頭頂板水害治理，確保巷道在設(shè)計(jì)方案不變的情況下安全掘進(jìn)。

1 工程概況

麥垛山煤礦回風(fēng)立井輔助水平西側(cè)連接處位于采區(qū)2煤回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷與回風(fēng)立井之間，2煤回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷寬度4.8m，掘進(jìn)高度4.1m，掘進(jìn)斷面面積17.2m2，凈斷面面積14.7m2，支護(hù)方式為錨網(wǎng)索噴支護(hù)，錨桿采用Φ20×2500mm右旋通口錨桿，錨桿間排距為800×800mm，錨索采用Φ17.8×7300mm鋼絞線，雙排布置，間排距2000×3000mm；回風(fēng)立井輔助水平西側(cè)連接處掘進(jìn)寬度6.2m，掘進(jìn)高度4.8m，掘進(jìn)斷面面積25.6m2，凈斷面面積22.5m2，支護(hù)方式為錨網(wǎng)噴支護(hù)，錨桿采用Φ20×2500mm右旋通口錨桿，間排距為700×700mm。

2 地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

回風(fēng)立井輔助水平西側(cè)連接處掘進(jìn)揭露2煤穿層巷道，掘進(jìn)揭露2煤，頂板為粉砂巖，厚度5.4m，底板為細(xì)粒砂巖，厚度9.46m，泥質(zhì)膠結(jié)，裂隙發(fā)育，遇水泥化。

回風(fēng)立井西側(cè)連接處掘進(jìn)層位處于2煤及其頂、底板之中，巖性以泥巖、粉砂巖為主，2煤頂板上方5.7m為直羅組下段粗砂巖（Ⅱ）含水層，俗稱“七里鎮(zhèn)”砂巖含水層，根據(jù)回風(fēng)立井檢查孔資料：該含水層厚104.5m，預(yù)計(jì)涌水量200～220m3/h，富水性強(qiáng)，對(duì)巷道掘進(jìn)工作有一定威脅。

3 工程施工概況

回風(fēng)立井西側(cè)連接處掘進(jìn)將揭露五根凍結(jié)管，分別是D20、D21、D22、D23、D24（圖1）?；仫L(fēng)立井西側(cè)連接處掘進(jìn)至L2測(cè)點(diǎn)向前11.45m位置，工作面迎頭揭露3根凍結(jié)管，從左至右依次為D23、D22、D21。

回風(fēng)立井西側(cè)連接處在受到掘進(jìn)擾動(dòng)影響，D21凍結(jié)管環(huán)形空間出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，初始涌水量5m3/h，從而導(dǎo)致D21凍結(jié)管周圍頂板發(fā)生冒落，冒落高度達(dá)3m，隨著過水通道的不斷疏通，涌水量呈增大趨勢(shì)，最大達(dá)80m3/h，綜合上覆含水層分布及工程本身因素，分析認(rèn)為水源基本為凍結(jié)管環(huán)形空間導(dǎo)通侏羅系中統(tǒng)直羅組裂隙孔隙水。

為此，麥垛山煤礦通過澆筑止?jié){墻的方法[1-5]，對(duì)D21凍結(jié)管環(huán)形空間出水進(jìn)行封堵，并充填、加固冒頂區(qū)域。

4 止?jié){墻注漿封堵施工

4.1 止?jié){墻理論參數(shù)的確定

在輔助水平回風(fēng)立井西側(cè)馬頭門大斷面與小斷面連接處施工止?jié){墻，支模板澆筑，厚度1.5m，強(qiáng)度C25，掏槽深度400mm（圖2），錨桿間排距600×600mm，外露長度450～500mm，墻壁預(yù)埋導(dǎo)水管。止?jié){墻厚度計(jì)算如下：

B=K0■

B-混凝土止?jié){墻厚度，m；

K0-安全系數(shù)，取1.5；

ω-作用在墻上的全荷載，kg，ω=PF；

F-混凝土止?jié){墻的面積，m2；

b-巷道寬度，m；

h-巷道高度，m；

[σ]-混凝土允許抗壓強(qiáng)度，MPa。

根據(jù)以上公式計(jì)算混凝土止?jié){墻厚度1.5m，混凝土量52m3。

4.2 注漿孔布置及泄水管和孔口管的安裝（圖3）

①孔口管設(shè)計(jì)長度為3m，采用φ108×6mm無縫鋼管，孔口管外壁用φ6mm鋼筋纏繞并焊接。

②孔口管設(shè)置（DN100-12MPa）法蘭盤、止水閘閥。

③1#、2#孔為返漿孔，在距巷道底板3.9m位置巷道左右肩窩，傾角0°。

④3#、4#孔為注漿孔，在距離巷道底板3m左右肩窩向里0.7m位置。9#、10#、11#、12#鉆孔距離3#孔0.7m均勻分布，傾角0°。

⑤5#、6#孔為泄水孔，布置在巷道底板上方0.6m距離左右?guī)?m位置，傾角0°。

⑥7#、8#孔為打鉆注漿孔，布置在巷道右?guī)?.6m分別距巷道底板3m、2.5m位置，傾角分別為40°、33°。

4.3 注漿方式

采用下行式注漿方式，對(duì)注漿段進(jìn)行“定點(diǎn)半封閉和直接堵水”結(jié)合方式進(jìn)行注漿封水。

①注漿壓力：注漿壓力受控于注漿空間條件，取含水層水靜止水壓的2.0倍，注漿壓力取靜水壓力+3.0MPa。

②漿液擴(kuò)散半徑：根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)漿液擴(kuò)散裂隙孔隙半徑為2.0m。

③注漿材料：置換注漿材料一般選擇水泥單液漿、水泥-水玻璃雙液漿，如果是裂隙較少，以空隙水為主的地層，可以選用化學(xué)漿液或其它材料。

4.4 注漿壓力的確定

注漿壓力的確定取決于以下兩個(gè)方面的因素：①注漿壓力的大小應(yīng)能滿足漿液克服水壓而進(jìn)入待注巖層體中。②井壁承受壓力的能力又限制了注漿壓力。一般地井壁強(qiáng)度能夠承受的壓力范圍可用以下公式確定：

P=K（E2+2R0E）/2（R0+E）2

綜合考慮注漿壓力最大不大于6.0MPa，一般采用：注漿孔位置靜水位高度產(chǎn)生的水壓力+3.0MPa。

考慮到回風(fēng)巷道附近為預(yù)留素混凝土井壁，雖然注漿前必須加固，也要密切注意注漿過程中井壁的情況，出現(xiàn)跑漿、開裂等異常情況立即停止注漿，分析原因，在確保安全的前提下進(jìn)行施工。

4.5 注漿材料的選擇

根據(jù)本次注漿工程特點(diǎn)，注漿材料選擇以單液水泥漿為主，單液水泥漿的原材料選擇42.5R普通硅酸鹽水泥。

如果單液水泥漿注漿困難，考慮改用化學(xué)注漿，優(yōu)先考慮改性脲醛樹脂類等材料。

固管或特殊情況下需用雙液漿時(shí)，水泥-水玻璃雙液漿的原材料：水泥選擇42.5R普通硅酸鹽水泥，水玻璃選擇模數(shù)為2.8～3.2，濃度為40°Be（波美度）堿性水玻璃。水泥漿配合比如表1所示。

4.6 注漿效果檢驗(yàn)

根據(jù)《煤礦井巷工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》，對(duì)注漿效果進(jìn)行檢驗(yàn)，按照規(guī)定，在注漿結(jié)束7天后對(duì)效果進(jìn)行檢驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)，注漿范圍內(nèi)井壁無集中明出水點(diǎn)，檢測(cè)點(diǎn)90%以上達(dá)到設(shè)計(jì)要求的承載力，認(rèn)為此次注漿質(zhì)量滿足規(guī)定要求。

5 結(jié)語

利用止?jié){墻注漿方法對(duì)麥垛山回風(fēng)立井輔助水平連接處凍結(jié)管環(huán)形空間出水點(diǎn)進(jìn)行了注漿封堵，取得了明顯的效果，保障了回風(fēng)立井與回風(fēng)立井輔助水平西側(cè)連接處的順利貫通，并且本次成功實(shí)踐證明，該方法可推廣應(yīng)用在解決類似水害問題。

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