石灰?guī)r裂隙發(fā)育區(qū)短探短注施工工藝實(shí)踐

崔明遠(yuǎn)，何 明，王現(xiàn)成

(平煤神馬建工集團(tuán)有限公司，河南 平頂山 467000)

對于裂隙發(fā)育的石灰?guī)r(堅(jiān)硬)，若裂縫發(fā)育不均勻，連通條件較差時，通常只在巖石中某些局部范圍內(nèi)連通而構(gòu)成若干個互不聯(lián)系或聯(lián)系很差的脈狀含水系統(tǒng)，有裂隙與煤層聯(lián)通，便產(chǎn)生裂隙瓦斯，這給煤礦巷道施工帶來了困難。大面積治水的方法有排水和堵水，治理瓦斯的方法為抽放瓦斯，但對于裂隙水發(fā)育同時伴有瓦斯涌出的石灰?guī)r，排水方案耗時過長，且瓦斯涌出不利于煤礦安全生產(chǎn)，應(yīng)首先考慮注漿堵水堵瓦斯的方案。相較于中深孔探水和中深孔注漿施工工藝，短探短注施工工藝操作易行，經(jīng)濟(jì)性更合理，且對于互不聯(lián)系或聯(lián)系很差的脈狀裂隙的治理比中深孔探水和注漿效果更佳。

1 工程概況

1) 山西柳林金家莊煤礦位于山西省柳林縣縣城東南方向，直距約10 km的賀家社村～梨樹窊一帶，地處晉西黃土高原，屬呂梁山西側(cè)的中低山區(qū)。

2) 該礦下組煤輔運(yùn)石門工程開口位置位于6#煤層底板L4石灰?guī)r中，底板標(biāo)高為+662 m.該區(qū)段含水層屬太原組石灰?guī)r巖溶裂隙含水層，輔運(yùn)石門設(shè)計(jì)長度336 m，穿過3層石灰?guī)r，分別是L3石灰?guī)r、L2石灰?guī)r和L1石灰?guī)r，該區(qū)域石灰?guī)r普氏硬度系數(shù)f=6～10，屬較堅(jiān)硬巖層，且垂直裂隙發(fā)育，并有少量溶洞,水和瓦斯通過裂隙涌入施工巷道。在輔運(yùn)石門開口處打鉆探放水過程中，中孔施工100 m時出現(xiàn)涌水,且涌出瓦斯，單孔涌水量30 m3/h. 采用水泥-水玻璃雙液漿進(jìn)行注漿堵水，此次打鉆探水和注漿深度為100 m，為中深孔注漿，但在輔運(yùn)石門施工至40 m時工作面打鉆再次出現(xiàn)涌水，涌水量25 m3/h.

3) 分析采用中深孔探水和注漿方案對輔運(yùn)石門石灰?guī)r堵水堵瓦斯效果不佳的原因：

a) 石灰?guī)r中裂隙發(fā)育但相互不連通，注漿深孔未穿過所有裂隙。

b) 淺孔處漿液擴(kuò)散半徑達(dá)到預(yù)期，但深孔處漿液擴(kuò)散半徑未達(dá)到預(yù)期，甚至漿液未擴(kuò)散就已凝固，漿液配比不易控制。因此，擬采用短探短注施工工藝，治理石灰?guī)r裂隙發(fā)育區(qū)。

2 短探短注施工工藝

2.1 短探短注施工方法

短探是相對于大鉆機(jī)百米甚至更深的探水鉆孔而言，金家莊煤礦輔運(yùn)石門過石灰?guī)r短探使用QZJ100型潛孔鉆機(jī)配d90 mm鉆頭施工鉆孔，探水鉆孔設(shè)計(jì)4個，距底板1 m高位置布置中、左、右3個鉆孔，距頂1.5 m高布置1個中孔，深度均為35 m，鉆探35 m確定安全后巷道向前掘進(jìn)25 m，預(yù)留10 m超前距。鉆探過程中如鉆孔出水或者出瓦斯，即使用d90 mm×4 000 mm專用止?jié){塞進(jìn)行止水注漿，探水孔變注漿孔，鉆孔深度不夠35 m且已注漿封孔的要在附近重新打探孔，并施工至35 m深度；同時在出水鉆孔1～3 m內(nèi)增加2～3個鉆孔鉆探驗(yàn)證，出水或者出瓦斯時再次注漿封堵，如此往復(fù)，直至確保驗(yàn)證孔無水才能掘進(jìn)，保證巷道周圍形成一個注漿帷幕，將水或瓦斯封堵在帷幕之外。

2.2 注漿設(shè)備及材料

注漿設(shè)備采用2TGZ-60/210型雙液調(diào)速高壓注漿泵和與該泵配套的GS-700型立式高速拌漿機(jī)，該注漿機(jī)具有壓力大、流量大、效率高、壽命長等特點(diǎn)。注漿材料使用水泥-水玻璃雙液漿，水泥使用新鮮袋裝PO. 42.5級普通硅酸鹽水泥以增加漿液的結(jié)石率，水玻璃選用濃度為38～40 Be＇，模數(shù)為3.1～3.5的液體水玻璃。堵水及注漿選用d90 mm×4 000 mm專用止?jié){塞(見圖1)，將止?jié){塞推入出水鉆孔，擰緊螺母，通過橡膠帶擠壓封孔，配一寸高壓不銹鋼球閥與止?jié){塞連接。

1—注漿管 2—封孔管 3—堵板 4—橡膠帶 5—螺母 6—推力軸承 7—擋桿 8—平墊圖1 專用止?jié){塞示意圖

2.3 注漿參數(shù)的選擇

水泥-水玻璃雙液漿的膠凝時間可在幾秒至幾十分鐘內(nèi)準(zhǔn)確控制，其膠凝時間與水泥漿水灰比、水玻璃溶液濃度、水玻璃溶液與水泥漿的體積比等因素有關(guān)。石灰?guī)r裂隙注漿是動態(tài)過程，前期需使?jié){液擴(kuò)散，填充裂隙，要求漿液凝結(jié)慢；后期需使?jié){液凝結(jié)，封堵裂隙，注漿封孔。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，自開始注漿至封孔的過程中，水泥漿液的水灰比控制在2∶1～0.7∶1(重量比)，水玻璃漿液控制在10～35Be′，水泥漿與水玻璃漿液配比為1∶0.7～1∶1(容積比)。

注漿壓力計(jì)算公式：

P終=(2～3)Hγ/100

式中：

P終—注漿終壓，即受注點(diǎn)壓力，MPa；

H—受注點(diǎn)至靜止水位的水柱高度，m，取100；

γ—水的比重，t/m3，取1.

注漿壓力是漿液擴(kuò)散充填的能量，結(jié)合該處石灰?guī)r實(shí)際條件，注漿壓力控制在3 MPa以內(nèi)，封孔壓力在5 MPa以內(nèi)。

漿液的擴(kuò)散半徑在壓力不變的情況下，隨巖石的裂隙和空隙不同而不同，因巖層裂隙和空隙的不均勻性，漿液的擴(kuò)散半徑有較大差異。因此，合理確定漿液的擴(kuò)散半徑，可節(jié)省材料、縮短工期、保證質(zhì)量。本工程結(jié)合石灰?guī)r巖石條件和選用注漿壓力，漿液的擴(kuò)散半徑按6 m控制。

2.4 施工問題及處理方法

1) 短探短注施工工藝所使用的止?jié){塞能承受3 MPa水壓，如鉆孔水壓大于3 MPa，建議預(yù)埋孔口管并加固后再施工鉆孔，以確保施工安全。

2) 探水鉆孔與裂隙水導(dǎo)通后，在注漿過程中有裂隙與工作面導(dǎo)通，會出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象，此時要使用堵漏靈處理工作面的跑漿位置，并且控制注漿漿液水泥和水玻璃濃度，以加速凝固，封孔待漿液凝固后，再在出水孔1 m范圍施工鉆孔，再次注漿加固。

3) 通過短探短注施工工藝施工過的石灰?guī)r巷道中，會出現(xiàn)淋水，對于淋水點(diǎn)可采用壁后注漿方法再次封堵。

3 實(shí)踐效果

1) 在輔運(yùn)石門掘過石灰?guī)r層的過程中，發(fā)現(xiàn)在掘過巷道揭露的石灰?guī)r裂隙中都充滿水泥硬塊，確定了水泥-水玻璃漿液對石灰?guī)r裂隙的充分填充，封堵了裂隙水和裂隙瓦斯。

2) 巷道掘進(jìn)按照探35 m，掘25 m的探掘循環(huán)進(jìn)行施工，探水過程中共出水6次，均按要求進(jìn)行了注漿，共施工探水及注漿鉆孔1 296 m，注漿使用水泥56 t，使用水玻璃32 t.注漿后的巷道漏水量小于1 m3/h，巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛?0.05%，達(dá)到了短探短注施工工藝的預(yù)期目的。

3) 輔運(yùn)石門石灰?guī)r段在無法大面積、大范圍治理裂隙水的情況下使用短探短注的施工方法，使工期提前2～3個月完成，節(jié)約費(fèi)用150萬元，保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

4 結(jié) 語

在金家莊煤礦巷道掘過含裂隙水的石灰?guī)r過程中，采用了短探短注的施工工藝，有效治理了裂隙水及瓦斯，提高了施工效率，節(jié)約了費(fèi)用，保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。同時，短探短注施工工藝在巷道可探范圍內(nèi)可對石灰?guī)r裂隙進(jìn)行全方位覆蓋，降低了巷道施工期和后期的礦井水害及瓦斯隱患。