地質(zhì)構(gòu)造帶巷道頂板淋水注漿封堵技術(shù)

尹衛(wèi)國

(山西汾西瑞泰井礦正明煤業(yè)有限公司，山西 左權(quán) 032600)

水害是制約礦井生產(chǎn)安全的不利因素之一，礦井突水、涌水等往往具有水量大、水勢猛、水壓大等特點，礦井重視程度較大；巷道淋水由于水量小，往往重視程度不足[1]。但是當(dāng)巷道長時間淋水時，會使得圍巖長時間被水浸泡，降低巖層強度[2]。注漿加固是防治巷道淋水的一個重要技術(shù)措施，眾多的研究學(xué)者結(jié)合特定地質(zhì)條件對注漿加固工藝等展開研究，但是多集中在礦井防治水中，對巷道頂板淋水治理方面研究較少[3-4]。山西某礦掘進(jìn)過斷層時由于斷層帶附近裂隙發(fā)育，造成上覆頂板砂巖裂隙水沿著斷層裂隙從巷道頂板淋出，給巷道圍巖控制帶來不利影響，因此，文中提出注漿封堵技術(shù)措施來對頂板淋水進(jìn)行防治，現(xiàn)場應(yīng)用效果顯著。

1 工程概述

山西某礦1506巷為拱形全巖巷道(凈高×凈寬=4.2 m×4.8 m)，圍巖控制采用錨網(wǎng)索+全噴方式，巷道掘進(jìn)過程中前后揭露DF23、DF49等斷層，掘進(jìn)至1 350 m～1 490 m位置時由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，導(dǎo)致巷道成型困難、圍巖變形大，巷道表層由于噴漿層出現(xiàn)斷裂造成頂板出現(xiàn)不同程度淋水，淋水水源主要來至于頂板上覆K8砂巖含水層。

2 頂板淋水封堵技術(shù)方案

2.1 淋水位置巷道圍巖結(jié)構(gòu)分析

為了掌握淋水位置處巷道圍巖結(jié)構(gòu)特征，在巷道淋水段每隔10 m布置一個頂板鉆孔進(jìn)行窺視，共計布置10個鉆孔，窺視鉆孔孔徑為17 mm、深10 m。綜合10個窺視鉆孔窺視圖像得知：距巷道頂板3 m以內(nèi)的覆巖為煤、巖交界面，在該位置處有大量的裂隙、煤線，較為破碎；在距巷道頂板3 m～6 m范圍內(nèi)巖層以砂巖位置，結(jié)構(gòu)相對較為完整，發(fā)育有少量裂隙；距頂板6 m～8 m范圍由于受以斷層為主的地質(zhì)構(gòu)造影響，局部位置裂隙發(fā)育；距頂板8 m～10 m范圍內(nèi)圍巖結(jié)構(gòu)完整，裂隙不發(fā)育。

2.2 淋水封堵原則

巷道頂板淋水主要來至于頂板上覆K8砂巖含水層，正常涌出量介于2 m3/h～10 m3/h，水壓較小，經(jīng)過前期疏排水K8砂巖含水層殘余水量不大。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在雨季(夏季)時巷道頂板淋水量有所增加，由此判定K8砂巖含水層與地表水存在一定的水力聯(lián)系。通過鉆孔窺視發(fā)現(xiàn)頂板上覆6 m～8 m范圍內(nèi)由于受地質(zhì)構(gòu)造影響，裂隙發(fā)育同時在斷層影響下導(dǎo)致巷道頂板裂隙與K8砂巖含水層聯(lián)通，從而引起巷道頂板淋水。因此，封堵巷道圍巖裂隙是治理頂板淋水的關(guān)鍵。

2.3 圍巖封堵鉆孔布置設(shè)計

根據(jù)巷道頂板淋水情況以及掘進(jìn)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況，可將頂板淋水段劃分成三個區(qū)間段：第一段(1 350 m～1 440 m)巷道為拱形斷面(直墻高3.3 m、巷寬5.4 m、巷高4.2 m); 第二段(1 440 m～1 460 m)巷道為拱形斷面(直墻高3.3 m、巷寬5.4 m、巷高由4.2 m過渡到6.5 m)；第三段(1 460 m～1 490 m)巷道為矩形斷面(巷寬5.4 m、巷高由6.5 m過渡到4.2 m)。具體各段巷道封堵注漿參數(shù)為：

2.3.1 第一段(1 350 m～1 440 m)

巷道頂板上每隔3 m布置一排封堵鉆孔(一排3個鉆孔)，中間鉆孔垂直巷道頂板，兩側(cè)鉆孔與中間鉆孔間距1.6 m，仰角為75°。封堵鉆孔孔徑75 mm、孔深10 m。巷幫布置2排鉆孔，間距為6 m，呈“三花”布置形式，上排、下排鉆孔與巷道底板間距分別為3 m、1.5 m，巷幫鉆孔均垂直煤壁布置，孔徑為42 mm、孔深為6 m。第一段注漿封堵鉆孔布置情況，如圖1所示。

圖1 第一段注漿封堵鉆孔布置示意圖(mm)

2.3.2 第二段(1 440 m～1 460 m)

第二段范圍內(nèi)頂板注漿封堵鉆孔布置與第一段一致，由于巷高由4.2 m增加至6.5 m，因此兩側(cè)巷幫布置3排鉆孔，間距為6 m、孔徑42 mm，鉆孔呈“五花”形式，上排鉆孔與巷道底板間距為4 m、仰角按10°施工，中排鉆孔與巷道底板間距我2.75 m，垂直煤壁施工，下排鉆孔與巷道底板間距1.5 m、垂直巷幫施工。第二段注漿封堵鉆孔布置情況，如圖2所示。

圖2 第二段注漿封堵鉆孔布置示意圖(mm)

2.3.3 第三段(1 460 m～1 490 m)

該范圍內(nèi)頂板封堵鉆孔布置與第一段、第二段一致，巷幫封堵鉆孔與第二段一致，由于巷高發(fā)生變化，因此，上排、中排及下排封堵鉆孔與巷道底板間距分別改為3.2 m、2.85 m、1.5 m。

2.4 封堵鉆孔施工工藝

2.4.1 管路及封孔

注漿封堵管路選用無縫鋼管(2 m/根、管徑20 mm)，全孔插管，在孔底布置一根鋼管用以開射漿孔。巷幫封堵孔采用兩堵一注方式封孔，長度為2 m；頂板鉆孔先將鋼管內(nèi)部焊接彈簧卡爪的鋼管送入到孔底進(jìn)行固定注漿管路作用，防止出現(xiàn)下滑，封孔時采用棉紗、聯(lián)邦1號先進(jìn)行孔口封堵(2 m)，確保不返漿，再采用小型氣動封孔泵將漿液送入到封孔管內(nèi)進(jìn)行封孔。

2.4.2 封孔順序

由于1506巷用于井下輔助運輸，為了不影響巷道正常使用，在不運輸時間段進(jìn)行封堵，為了鉆孔施工以及注漿封堵效率，需對鉆孔施工、注漿工藝進(jìn)行優(yōu)化，具體為：鉆孔注漿過程中注漿漿液在自重作用下會先由下而上逐漸充填鉆孔周邊裂隙，因而在一個斷面內(nèi)的注漿鉆孔可全部施工完后進(jìn)行注漿封堵，從而提升鉆孔施工效率；封堵鉆孔注漿順序為先巷幫后頂板，巷幫由下而上依次進(jìn)行、頂板位置先兩側(cè)后中部。鉆孔注漿順序，如圖3所示。

圖3 注漿孔注漿順序

2.4.3 注漿壓力

注漿目的是在巷道周邊形成封堵層，封堵頂板淋水通道，當(dāng)注漿壓力過大時會在巷道圍巖中產(chǎn)生新的裂隙，不能實現(xiàn)有效封堵；當(dāng)注漿壓力過小時則不能很好的起到封堵作用。根據(jù)以往礦井注漿經(jīng)驗并結(jié)合鉆孔窺視結(jié)果，確定頂板鉆孔注漿壓力為2 MPa～4 MPa、巷幫鉆孔注漿壓力為4 MPa～6 MPa。具體巷道注漿孔注漿壓力變化曲線，如第141頁圖4所示。

圖4 注漿孔注漿壓力變化曲線

3 注漿效果分析

3.1 鉆孔窺視

待注漿封堵完成后，在封堵區(qū)域附近布置窺視鉆孔對注漿效果進(jìn)行考察，具體結(jié)果為：在距巷道頂板3 m以內(nèi)區(qū)域裂隙幾乎全部被注漿漿液充填；在距頂板3 m～6 m范圍內(nèi)少量裂隙被漿液充填；在距巷道6 m～8 m范圍內(nèi)發(fā)育的少許裂隙充填效果較為明顯；在距頂板8 m～10 m范圍內(nèi)頂板較為完整，未見漿液充填痕跡。

3.2 頂板淋水

注漿前巷道頂板多處位置出現(xiàn)淋水，采區(qū)封堵注漿后巷道在雨季、非雨季均在出現(xiàn)淋水情況。從1年時間觀測結(jié)果得知，通過注漿封堵巷道頂板淋水問題得以有效解決，采用的注漿封堵技術(shù)可有效充填巷道周邊導(dǎo)水裂隙。

4 總結(jié)

1)對1506巷頂板淋水來源以及原因進(jìn)行分析，采用鉆孔窺視技術(shù)發(fā)現(xiàn)圍巖周邊由于地質(zhì)構(gòu)造以及巷道掘進(jìn)影響引起的裂隙是導(dǎo)致頂板淋水的主要原因。

2)依據(jù)頂板淋水封堵原則并結(jié)合巷道不同位置斷面特征，對頂板、巷幫位置注漿封堵鉆孔參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。并確定注漿鉆孔施工及注漿順序，頂板、巷幫注漿鉆孔注漿壓力分別為2 MPa～4 MPa、4 MPa～6MPa。通過注漿封堵后巷道頂板淋水問題得以徹底解決。