回風石門過FS₃斷層安全施工技術

【摘要】本文主要介紹了運用注漿技術，安全穿過FS3斷層破碎帶施工。

【關鍵詞】注漿；FS₃斷層；掘進施工

【中圖分類號】U655.4 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672—5158（2012）08-0182-02

焦作煤業（集團）有限責任公司趙固二礦回風總巷工程量814.884m，其中回風石門421.844m，回風斜巷381.04m，下山坡度為6.5°，下平巷12m，掘進斷面為21.7m³，錨網噴及12#工鋼棚聯合支護。根據礦方地測部門提供的三維地震勘探資料分析，回風石門175m拐點前295m處存在一條FS₃斷層，最大落差25m，在回風石門處落差15m，FS₃斷層破碎帶寬度約10m左右。在巷道揭露該斷層時，底板含水層水壓高達7.1Mpa以上。可能會導致煤層底板含水層的水沿斷層面涌入礦井，給礦井的安全和建設造成不可估量的損失。

回風石門掘寬5800mm，掘高4400mm，一次支護噴厚150mm，錨桿問排距800mm× 800mm，規格φ20×2400mm，金屬網為φ6mm圓鋼焊接而成，網幅900mm×1700mm。噴射砼強度C25，水溝300mm×300mm。

1.地質情況與水文情況

趙固二井田屬于第四系、第三系全覆蓋區。本區賦存地層主要有奧陶系中統馬家溝組、石炭系中統本溪組和上統太原組、二疊系下統山西組和下石盒子組、第三系、第四系。其中石炭系上統太原組和二疊系下統山西組為主要含煤地層。趙固二井田總體形態為一走向NW，傾向SW，傾角3°～21°（一般4°～10°）的單斜構造。發育的斷層有NE向、NW向和近EW向三組，其中以NE向為主。FS₃斷層情況：FS₃斷層屬于NE向斷層，位于井田東北部，整體走向北東，傾向南東，傾角70°，最大落差25m，區內延展長度2.2公里。由北東向南西落差逐漸變小，向北東延出三維區外，三維區內延展長度800m。

第三、第四系含水層主要由沖積礫石、細至中粗砂礫石層及古河床相組成，一般情況下不會對礦充水。風化帶含水層屬中等強度含水層，下距回風石門180m，一般情況下不會對礦井充水。二₁煤頂板砂巖含水層，主要由二₁煤頂板大占砂巖和香炭砂巖組成，厚度一般10m左右，屬弱富水含水層。由于礦區內硬質巖層中裂隙非常發育，斷層破碎帶附近二，煤頂板砂巖含水層的富水性會增大。太原組上部石灰巖含水層，對礦井影響影響較大的主要是L₉、L₈二層灰巖。其中L₈灰巖發育最好，溶裂隙較發育，滲透系數為0.0036～0.648m/d。該含水層本區屬富水程度中等含水層，為二₁煤層底板主要充水含水層。太原組下部石灰巖含水層，由L₂、L₃石灰巖組成，其中L₂石灰巖發育較好，厚度由西向東由淺而深變厚，為富水性較強的含水層，在斷層兩側和附近富水性比較強。上距二₁煤層85.58～104.57m，正常情況對二₁煤層沒有影響。奧陶系灰巖巖溶裂隙含水層，由中厚層狀石灰巖、泥質灰巖組成，在古剝蝕面的附近巖溶裂隙發育。該層距二₁煤一般109.12～126.03m，正常情況不影響煤層開采，斷裂溝通情況下時，則對礦井威脅大。

2.施工工藝及施工方案

三維地震勘探資料顯示，相交位置正處于FS₃斷層的尖滅處，而且水壓達8.1MPa。回風石門穿過FS₃斷層時很有可能導致頂板砂巖水和L₈水涌入礦井。

根據水文地質資料分析，在FS₃斷層與回風石門相交處，FS₃斷層破碎帶寬度約10m左右，回風石門相交位置正處于FS₃斷層的尖滅處，而且水壓達8.1MPa。因而回風石門穿過FS₃斷層時很有可能導致頂板砂巖水和L₈水涌入礦井，嚴重時還會將O₂和L₂的水導入礦井。因此，回風石門施工至FS₃斷層50m時必須堅持“有疑必探，先探后掘”的原則，每炮必探。掘至距FS₃斷層40m時，必須停頭掘進，打鉆注漿。

2.1 鉆探設計

根據《井下探放水技術規范》初步設計，0～10m，開孔孔徑127mm，下入一級護壁管，管徑φ108mm，長度10m，用水泥固定生根，并做耐壓試驗，耐壓試驗不小于8Mpa；0m～20m，孔徑94mm，下入二及護壁管，管徑φ89mm，長度20m，用水泥固管生根，并做耐壓試驗，耐壓試驗不小于8Mpa；時間不少于30分鐘；20m～終孔，孔徑不大于75mm。設計孔6孔，預計孔深78-65米，過斷層深度15米，終孔距巷道最大距離9.5-7.9米，方位角180-168度，傾角-7～-7度，一級護壁φ108mm，長度10m，二級護壁φ89mm，長度20m。

2.2 固管注漿設備及技術參數

注漿采用2TGZ-60/210型注漿泵一臺，攪拌采用自制0.3m³攪拌桶。

注漿技術參數：

（1）鉆機所在巷道底板標高為-621.5m，鉆孔孔口標高為-621.5m，地面標高為+81.5m。本次注漿壓力及耐壓試驗壓力設計為靜水壓力的1.2倍。P_o=7.08MPa，P=1.2×P_o=8.496MPa。

（2）注漿材料及漿液配比，固管注漿及封孔注漿，漿液采用單液水泥漿，水泥采用新鮮的42.5R普通硅酸水泥，漿液水灰比選用1：1、0.8：1二個級配，施工時可根據情況的情選擇。

（3）注漿量預算，考慮本次注漿為固管和封孔注漿，設計注漿量為鉆孔體積的5倍，即：Q=13.65m³，按水灰比0，8：1計算，約用水泥10.92t。

（4）注漿合格標準。實際漿液注入量接近設計注入量，注漿壓力呈規律性增加到設計終壓8.30MPa；鉆孔基本不吸漿或漿量≤20L/min時，維持終壓30min，套管外壁不漏漿、不漏水即為合格。固管和封孔注漿結束后，立即對各孔逐一注漿。

3.施工方法

3.1 注漿

1）工藝流程：單液水泥漿→注漿泵→控制閥→孔口管→斷層裂隙；

2）漿液使用原則由稀到濃；

3）壓力調整：注漿壓力有時漸變，有時成波狀，調整壓力應與孔內情況、漿液濃度等密切配合，當漿液濃度確定之后，用人為的方法控制泵量，使壓力達到終壓。

4）漿液調整：漿液在巖層裂隙中析、充填階段中如壓力和注漿量穩定不變，應逐級加大漿液濃度，如壓力上升快，進漿量很快減小，應依次降低漿液濃度，每改變一次漿液濃度持續2分鐘。

3.2 注漿的技術要求

1）漿液制作及注漿：漿液制作時，嚴格掌握注漿參數、漿液配比，水灰比和注漿終壓，滿足設計要求。注漿中，當注漿孔達到設計終壓后，降低流量10分鐘，即可停機關閉注漿閥，再開啟泄壓閥后才能換孔注漿。注漿閥待漿液初凝約半小時后，方可拆卸。注漿結束后要封孔。漿液需充分攪拌均勻，并在放漿口處設置過濾網，以防結塊小泥等雜物吸入漿管內。注漿的孔口閥門應待注漿后半小時拆除。拆下的閥門要及時清洗干凈，然后涂抹機油備用。

2）掘進施工：進入FS₃斷層施工時，必須堅持短掘短砌一炮一架棚支護的施工方法。采取多打眼少裝藥，放小炮或松動爆破，周邊眼甚至不裝藥，欠挖部分用風鎬刷至設計為止，以減輕對周邊圍巖的破壞，周邊眼不大于300mm。架棚完畢后要及時噴漿加固。梁棚后應充填嚴密，嚴禁空洞，架棚卡子、連接板螺絲必須上緊，應齊全、牢固。

通過經驗總結，施工中運用注漿技術，嚴格堅持“有疑必探，先探后掘”的施工原則，采取多打眼少裝藥，放小炮或松動爆破，安全、快速地穿過FS₃斷層。