預注漿堵水在巷道穿過奧陶系泥灰巖層中的應用

魏生強

(西山煤電集團公司東曲礦,山西省古交市,030200)

★煤礦安全 ★

預注漿堵水在巷道穿過奧陶系泥灰巖層中的應用

魏生強

(西山煤電集團公司東曲礦,山西省古交市,030200)

為了解決掘進巷道在穿過泥灰巖、石膏礦層等特殊地質構造體處易發生涌水事故的問題,在西山煤電東曲礦燃料運輸通道施工過程中對預注漿堵水技術進行了應用研究,結果表明,超前預注漿技術可以有效控制巷道掘進中的涌水量,注漿段剩余漏水量均不大于8 m3/h。

礦井水害 預注漿 泥灰巖 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

在富水泥灰巖、石膏礦層、薄層角礫狀石灰巖為主的巖層中掘進施工,國內比較罕見。隨著煤礦開采的日益增多,會遇到各種復雜的地質構造,而注漿技術在我國已經逐漸成熟,但是在特殊構造下使用還缺乏相應的理論依據和成功的案例。西山煤電集團東曲礦運輸燃料通道施工中使用注漿堵水技術取得了良好的效果,為今后類似的情況提供了寶貴的經驗。

1 概況

西山煤電古交電廠燃料運輸工程項目位于古交市,其中東曲段燃料運輸通道要穿過奧陶系中統峰峰組巖層,主要以泥灰巖、角礫狀白云質泥灰巖、石膏礦層,薄層角礫狀石灰巖為主,質軟,極破碎,遇水軟化,易坍塌,天然狀態下難于施工。該段泥灰巖、角礫狀泥灰巖組的單軸抗壓強度 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巖、泥灰巖及石膏層組成,地下水主要以垂直向滲透為主,該層受斷裂及其他內外動力地質作用,溶孔裂隙較發育,富水性強。預計該段涌水量3303 m3/h。為了使施工安全順利進行,施工方法確定為先探后掘、注漿堵水、臺階式作業、超前初期支護、二次襯砌。本文重點介紹注漿堵水的工藝。

2 施工前探水

在施工時,必須嚴格執行先探后掘的原則,每次探水長度為40 m,掘進長度為30 m,掘進完30 m后再探40 m,以此循環。每次探水布置3個探孔,呈梅花扇形,頂部1個探孔,兩幫各1個探孔,探孔底部在毛斷面外3 m處。選用油壓鉆機和配套的鉆桿,鉆機為 GY-200-1A型油壓鉆機,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

工作面探測到有突水、涌水時,采用工作面注漿堵水,在探水工程中,若單孔水量達到 3～5 m3/h以上時,視孔口管埋設牢固性決定是否施工擋漿墻進行堵水。工作面預注漿根據探測情況布置注漿孔,注漿采用水泥-玻璃雙液漿,水灰配比為1∶0.5～1,注漿長度為40 m,注漿效果檢驗達到設計要求后才能掘進,最長施工30 m,預留10 m作為下一循環的止漿巖柱。

3.1 注漿孔施工

3.1.1 注漿孔施工參數設定

先施工單號孔,后施工雙號孔,雙號即作復注孔,也作檢查孔,同時檢驗漿液的擴散半徑。

(1)布孔:注漿孔數量12個 (根據探測情況布置注漿孔再調整),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,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型鉆機施工,注漿孔開孔直徑110 mm、終孔直徑75 mm。

(3)孔口管的埋設:鉆機安裝到位開孔5 m后進行預埋4 m孔口管,孔口管直徑108 mm,進行注漿加固確保孔口管牢固。

(4)孔口管試壓:待孔口管四周養護凝固后再進行掃孔,掃完后用清水試壓,壓力必須達到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,進行正常鉆進,鉆進過程中應掌握孔內的地質情況和涌水變化,當涌水超過10 m3/h時,停止鉆進,拔出鉆桿,關閉閥門,防止水和泥漿外流。然后進行注漿堵水,注漿完成后,進行掃孔鉆進,達到設計要求。

3.2 注漿

根據工程地質條件注漿施工原則為:先單號后雙號,以單液漿為主,當單孔涌水超過10 m3/h,先注單液漿后雙液漿,如水泥-水玻璃雙液漿不能達到設計要求就采用馬麗散堵水;當灌注量超過設計注漿量時,孔口仍不起壓力,采用間歇式注漿方法,間歇時間控制在15～30 m in左右。間歇后再繼續注漿,并且仍采用先從注稀漿開始,然后逐步加稠的注漿工序。二次注漿控制在設計量的25%左右,如果仍不起壓力,調整漿液配比再次進行間歇注漿,直到符合要求的停止注漿標準位置。進行間歇注漿時,停漿前必須灌入清水,把注漿管內的水泥漿液全部排空,一般灌入清水量為注漿管和孔內容量之和的3倍左右,以防止下次注漿時注漿通道被堵塞。注漿時派專人在周圍進行巡視,發現跑漿時及時采取處理措施。

3.2.1 注漿參數設定

注漿采用水泥為42.5級普通硅酸鹽水泥,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,采用機械攪拌機井下現場作業。

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)注漿壓力的計算。注漿壓力由下式求出。

式中:P0——注漿點靜水壓力,取7 kg/cm2;

m——富余壓力,一般為5～8 kg/cm2,取8 kg/cm2。

經計算,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,取1.35;

V——需要充填的體積,m3;

N——孔隙率,取2%。

經計算,Q=653 m3。

3.3 注漿效果檢驗標準

注漿結束時,需對原注漿孔進行掃孔,若出現涌水現象,須進行復注。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作為注漿孔結束標準。

4 結論

通過在燃料運輸通道施工過程中采用預注漿堵水技術,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,達到了預期檢驗標準,充分證明了該技術的有效性和可行性。

[1]黃德發,王綜敏,楊彬.地層注漿堵水與加固施工技術[M].徐州:中國礦業大學出版社

[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,2004(8)

[3]譚鳳嬌.鉆孔灌注樁柱底注漿技術 [J].施工技術, 2007(4)

(責任編輯 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 (1964-),男,山西太原人,中國礦大在職研究生,現任東曲礦礦長。