巷道通過導水斷層的帷幕注漿工程

王劍峻(河北開灤(集團)蔚州礦業公司北陽莊礦，河北 蔚縣 075700)

巷道通過導水斷層的帷幕注漿工程

王劍峻(河北開灤(集團)蔚州礦業公司北陽莊礦，河北 蔚縣 075700)

巷道通過導水斷層時帷幕注漿是一種有效的堵水方法。結合區域地質、水文條件，3號礦井西翼3條大巷采取帷幕注漿方案，通過優化鉆孔設計和施工，安全通過F10強導水斷層，為礦井防治水提供了成功經驗。

巷道； 導水斷層； 帷幕注漿； 設計

1 工程概況

開灤(集團)蔚州礦業公司3號礦井為適應井下基建生產的需要，在施工+650水平西翼回風巷、皮帶巷、軌道巷3條大巷時，要通過F10斷層，根據三維地震資料，該斷層屬可靠的正斷層，落差約15m，導通奧灰水，為確保大巷安全通過F10斷層，在掘進至距斷層約78m時，設計了2個超前探測斷層鉆孔，并于2014年1月18日～2月7日進行了第一次鉆探，施工了1號和2號兩個鉆孔。

1號孔：傾角-8°，孔口結構第一層套管直徑127mm，管長5m，第二層套管直徑108mm，管長15m，鉆孔終孔深度為78.8m，最大涌水量為1.66m3/min，水頭壓力2.2～2.3MPa，經過水質化驗確認為奧灰水。

2號孔：傾角+2°，孔口結構第一層套管直徑127mm，管長5m，第二層套管直徑108mm，管長15m，鉆孔終孔深度為92.12m，最大涌水量為0.11m3/min，2號鉆孔水壓波動較大，波動范圍在0～1.4MPa，水質化驗為煤系和奧灰的混合水。

第一次鉆探證實了F10斷層為導水斷層，受斷層影響，縮短了奧灰與6煤層的間距。為了保證巷道安全通過，決定對該富水斷層帶進行鉆探帷幕注漿，進一步確定F10斷層的準確位置、產狀。鉆注封堵與F10斷層導通的奧灰水，帷幕加固斷層帶的破碎巖石，使巷道周圍形成1.5～2.0m的阻水交圈，從而達到縫合斷裂構造、封堵充水通道的作用，確保西翼3條大巷安全、順利通過導水斷層帶。

2 鉆探及帷幕注漿設計

2.1 鉆窩位置

根據對F10斷層預測的位置、產狀,兼顧快速施工與保證距斷層法線距離不小于20m兩方面因素，設計情況如下。

(1)設計西翼回風大巷距回風石門49.2m處為1號鉆窩(以回風大巷迎頭為鉆窩)，對前方西翼回風大巷斷層位置進行鉆注。

(2)設計西翼回風大巷距回風石門435.7m處

為2號鉆窩(鉆窩規格長度為5.8m，寬度為5m，高度為3.5m，錨網、架棚聯合支護)，對側前方西翼軌道大巷斷層位置進行鉆注。

(3)設計西翼回風大巷距回風石門414.8m處為3號鉆窩(鉆窩規格長度為5.8m，寬度為5m，高度為3.2m，錨網、架棚聯合支護)，對側前方西翼皮帶大巷斷層位置進行鉆注。

2.2 鉆孔布置

共設計注漿鉆孔35個，其布置形式詳見圖1，鉆孔技術參數見表1、表2和表3。

圖1 西翼大巷F10斷層鉆探及帷幕注漿工程平面圖

表1 回風巷注漿鉆孔技術參數表

2.3 注漿段高

根據巖層巖性及裂隙率大小，鉆孔注漿每次段高為：①斷層導水帶為10m左右;②斷層前后巖層(不包括10m斷層導水帶)各為10～15m；③終孔后全孔段再復注一次。

2.4 注漿材料的選擇

根據煤系含水層的賦存特征，無大的張性裂隙及巖溶的存在，適應巖石破碎段的注漿材料，采用單液水泥漿，摻加復合外加劑(三乙醇胺為0.5‰，食鹽為5‰)，水泥采用42.5R普通硅酸鹽水泥。

表2 軌道巷注漿鉆孔技術參數表

表3 皮帶巷注漿鉆孔一覽表

2.5 施工順序和注漿工藝及參數

2.5.1 施工順序

鉆注施工分為1號、2號、3號鉆窩3個區域，為盡量縮短對巷道施工的影響，首先在1號、2號鉆窩兩個區域施工，分別對回風大巷和軌道大巷進行帷幕注漿，隨后在3號鉆窩區域對皮帶大巷進行帷幕注漿。

(1)回風大巷注漿孔施工順序。回風大巷鉆注由1號鉆窩(回風大巷迎頭)施工，共設計注漿孔7個，施工順序為1→3→6→4→2→5→7，為檢驗注漿效果，其中7號孔同時作為檢查孔。

(2)軌道大巷注漿孔施工順序。軌道大巷鉆注由2號鉆窩施工，共設計注漿孔14個，施工順序為1→3→5→7→8→10→12→14→2→6→9→11→13→4，其中4號孔同時作為檢查孔。

(3)皮帶大巷注漿孔施工順序。皮帶大巷鉆注由3號鉆窩施工，共設計注漿孔14個，施工順序為1→3→5→7→8→10→12→14→2→6→9→11→13→4，其中4號孔同時作為檢查孔。

2.5.2 注漿方式

采用孔口壓入注漿法，注漿前做壓水試驗，目的是保證注漿系統運轉過程中安全，檢查注漿系統是否完好，確定漿液初始濃度，增加微小裂隙的吃漿量。

2.5.3 漿液擴散距離

漿液有效擴散距離系指巖石裂隙中起堵水作用的漿液擴散范圍，它受裂隙發育程度、裂隙開度與溝通情況、注漿壓力和注漿方法的影響，本次注漿取擴散半徑為3m。

2.5.4 注漿壓力

為使注漿在裂隙中充填飽滿結實堅硬致密，要在較高的注漿壓力下結束注漿。終壓為靜水壓力的1.5～2倍，即4～4.6MPa。

2.5.5 漿液濃度

使用原則是前期注漿漿液較濃，后期注漿漿液較稀，而每次注漿則先稀后濃。單液漿選用W∶C=1.25∶1、W∶C=1∶1、W∶C=0.8∶1三種配比，加入0.5‰的三乙醇胺和5‰的食鹽后攪拌均勻。

2.6 注漿材料預算

漿液注入量是依據有效擴散半徑和巖層平均裂隙率進行估算。

2.6.1 斷層帶水泥消耗量

(1)單孔注漿量按下式計算：

V=AHπR2nβ

(1)

式中：V——漿液注入總量，m3；

A——漿液消耗系數，取1.2；

H——注漿段高，按30m注漿段計算；

R——注漿帷幕半徑，取3m；

n——巖石裂隙率，斷層帶內取8%，正常巖石段取2%；

β——漿液充填系數，取0.95。

計算單孔注漿量V=38.66m3。

(2)35個鉆孔注入漿液總計：35×38.66=1 353.1m3。

(3))水泥消耗量。漿液水灰比按平均1∶1計算，0.75t水泥約制漿1m3，約需要水泥1 014.8t。

2.6.2 三乙醇胺用量

三乙醇胺用量為1 014.8×0.5‰=0.507 4t=507.4kg。

2.6.3 食鹽用量

食鹽用量為1 014.8×5‰=5.074t=5 074kg。

2.7 注漿效果檢驗

每組鉆孔鉆注完畢48h后,要施工檢查孔，檢驗注漿效果：①鉆取巖樣，查看巖層裂隙是否被泥漿充填飽滿；②進行壓水試驗，試水壓力要達到4～4.6MPa，查看試水壓力是否穩定；③若不符合要求，要重新布孔鉆注，并按要求進行注漿效果檢驗，合格為止；④軌道大巷和皮帶大巷施工至距斷層50m之前要分別由軌道大巷和皮帶大巷向正前方打鉆，檢驗注漿效果，達不到要求時，由軌道大巷和皮帶大巷重新布鉆注漿。

3 施工工期

為盡量減少對工程的影響，在1、2號鉆窩內各布置一臺鉆機，首先對回風大巷和軌道大巷進行平行鉆注作業，聯合帷幕注漿，考慮到皮帶大巷施工比較滯后，由3號鉆窩對皮帶大巷的鉆注作業可在隨后進行。

在正常情況下：①回風大巷和軌道大巷工期30d；②皮帶大巷工期15d(不影響巷道施工);③累計工期45d。

4 施工技術要求及安全措施

(1)施工前要制訂專門的安全技術措施，嚴格按設計施工，保證安全和質量。

(2)鉆孔開工前由技術負責人和測量人員共同采用經緯儀定位。

(3)采用油壓300m鉆機、三缸注漿泵。

(4)孔口承壓管，水泥固結耐壓不低于6MPa，正常段施工要安好閥門后鉆進。

(5)過斷層前10m開始取芯至終孔，以準確確定斷層為止，每回次進尺不得超過巖芯管長度，確保巖芯采取率，其余孔段不取芯。

(6)巖芯要碼放在干燥地點，不得亂放。

(7)鉆進中準確記錄出水位置、水量。

(8)施工前仔細檢查鉆場及附近巷道支護情況，加強巷道支護，無危險時方可施工。

(9)施工中發現孔內異常，立即停鉆，查明原因排除危險后方可施工，突水時不得拔出鉆桿。

(10)加強礦井排水管理，最大限度地增加礦井排水能力，保持設備完好狀態，泵水人員堅守崗位。

(11)要加強通風、瓦斯管理，保持正常通風，經常檢查瓦斯情況，無風、微風和瓦斯超限均不得施工。

(12)施工現場附近要安設通訊設施，如有危險情況必須立即通知所有受水威脅區域的人員。

(13)為防止突水堵人事故，2號或3號鉆窩第一個鉆孔未打透斷層之前，回風大巷以里不準有人，防止因2號鉆窩或3號鉆窩鉆孔突水堵人。

(14)由3號鉆窩向皮帶大巷鉆注時，若軌道大巷已施工至鉆孔影響區域，注漿時軌道大巷人員要撤出影響區域。

(15)施工中根據斷層的實際探測情況，會通有關部門，按本設計總的原則要求，及時調整設計參數。

(16)必須遵守《煤礦安全規程》、《鉆探操作規程》和《鉆探安全技術操作規程》，熟知避災路線。

5 工程評價

帷幕注漿工程于2014年2月15日正式開工，3月28日竣工，比計劃工期提前3d完成。總共施工鉆孔35個，累計進尺2 387.88m，累計注漿1 720m3。鉆探注漿過程發現巷道底板充水范圍較大，導水破碎帶2～10m，所以注漿過程中以“最大量進漿、最大范圍擴散、最大限度充填”為原則，最大限度增加注漿量，達到封鎖復雜導水通道的作用。經檢驗，3個檢查孔終孔涌水量均小于2 m3。至7月15日，3條大巷已經安全通過F10斷層。巷道通過導水斷層的帷幕注漿工程取得成功。

[1] 范天吉.煤礦防治水綜合技術手冊[M].長春：吉林音像出版社，2004．

[2] 王國際.注漿技術理論與實踐[M].徐州:中國礦業大學出版社，2000.

Curtain grouting engineering of roadway passing through water conducting fault

Curtain grouting is a effective method when roadway passes through water conducting fault. Combined with the regional geology and hydrologic condition, using curtain grouting method in the construction of three main roadways of No.3 mine passed through F10 super water conducting fault by optimizing drilling holes design and construction, which provided experience for mine water control.

roadway; water conducting fault; curtain grouting; design

TD743

A

王劍峻(1970-)，男，河北唐山人，高級工程師，工程碩士，從事礦山工程技術及管理工作。