極淺埋深井筒過強富水斷層防治水技術研究

王克雄 銀正川

摘? 要：新維煤礦主井筒開掘至165～250m段揭露富水斷層F175，井筒圍巖軟弱、裂隙發育，易引起河水倒灌及大量淋水對井筒穩定造成較大威脅。本文根據工程地質條件，提出采用架設礦工鋼支架、背接金屬網、超前注漿及噴漿封閉與二次模筑鋼筋防水混凝土相結合的聯合支護方法，完成過斷層水患防治工作，達到理想效果，為同類井筒施工提供有益經驗和借鑒。

關鍵詞：井筒? 富水斷層? 注漿? 聯合支護

中圖分類號：TU473 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）01（b）-0031-03

Research on Water Prevention and Control Technology of Ultra Shallow Well Bore with Strong Water-rich Fault

WANG Kexiong YIN Zhengchuan

（Xinwei Coal Mine， Furong Company，Sichuan Coal Group， Junlian， Sichuan Province， 645250 China）

Abstract： The water-rich fault F175 is exposed from the main shaft to 165 ～ 250m in Xinwei Coal Mine. The surrounding rock is weak and the fractures are well developed. According to the engineering geological conditions， this paper puts forward the combined support method of pre-grouting， i-shaped steel frame， Steel Mesh， connecting bar and shotcreting， which combines the primary support with the secondary formwork reinforced waterproof concrete， the work of prevention and control of water disaster through fault is completed， and the ideal effect is achieved， which provides beneficial experience and reference for similar shaft construction.

Key Words： Shaft; Water-rich fault; Grouting; Combined support

新維煤礦維新主、副斜井及管道斜井井口與新場井主、副平硐共用一個工業廣場，工業廣場位于鎮舟河西岸的烏龜田附近，在井田西北部，廣場地面標高+431m，三條井筒均為同向施工，相對間距在35m左右。維新主斜井主要用于維新井的煤炭運輸、維新副斜井主要用于礦井的材料運輸、管子斜井主要用于礦井的行人、供風及供排水等，服務年限均在70年以上。作為礦井的主要開拓巷道[1]，井筒施工到250m、180m、165m時遇斷層F175，三條大巷與地面距離均較近，主斜井是35m，副斜井是34m，管子井距是38m，和鎮舟河平面距離最近52m。三條大巷均會從鎮舟河下過，鎮舟河水體極易從斷層風化裂隙帶滲入甚至涌入巷道，這對于巷道的掘進存在較大的透水安全隱患。本課題通過對富水斷層地層巖性滲水河床的勘探巖芯、裂隙情況、水質化驗等綜合分析巷道所穿河床段的巖性及水文地質資料，確定井巷治水方案和支護方式及選擇正確的施工工藝;通過先進的巷道支護技術及注漿技術，制定安全有保障、經濟可操作性的目的，保證近距離河水下淺埋深井巷施工安全、順利。

1? 地質情況

維新主副斜井及管子井大巷層位要穿過宣威組粉砂巖夾泥巖，其中，掘進過程中有部分煤線及峨眉山組凝灰巖和玄武巖，該組煤巖層受風化等影響，導致其穩定性變差，需在掘進過程中加強頂板支護，否則有大面積冒頂的風險。因圍巖破碎，煤巖層裂隙導通導致其瓦斯等氣體含量增加，在掘進期間必須加強瓦斯等監測。巷道過泥巖等軟巖段極易發生變形，在掘進期間需及時噴漿封閉。

井筒過F175斷層段巖性主要為斷層角礫巖、糜棱巖及斷層破碎帶所影響的范圍，巖體多為破碎狀結晶及鑲嵌結構，巖體完整性差，圍巖級別為V級。該斷層為壓扭性斷層，斷層帶隔水，兩盤富水性較好，斷層在宣威組地層中導水性弱，在玄武巖地層中導水性很強，在茅口組灰巖中導水性也很強，導致玄武巖與茅口灰巖將發生水力聯系，在斷層影響帶形成強充水地段，在主斜井掘進時易發生突水突泥事故。主斜井遇斷層位置，詳見圖1。

2? 方案確定

通過多種方法計算、研究和分析，并結合設防段巷道巖性特點、掘進施工工藝、支護工藝等參數，從而確定該類巷道的施工作業流程：架設礦工鋼支架、背接金屬網、超前注漿及噴漿封閉與二次模筑鋼筋防水混凝土相結合的聯合支護。注漿采用水泥漿，并采用長距離注漿的方式確保安全;支架間距0.8m;金屬網為Φ6.5mm鋼筋制作，網孔140mm×140mm，長×寬：2520mm×1050mm。

3? 井筒過斷層注漿堵水技術參數

3.1 注漿段長

通過對F175斷層影響帶巖石破碎和靜壓水壓力、儲水量的測定，注漿段確定為30m。

3.2 止漿墻

F175斷層段巖層破碎或有涌水不能夠作巖帽，采用C20混凝土砌厚度為1.0m止漿墻。

3.3 布孔方式

主斜井全斷面寬4.6m，高3.7m。在全斷面布置注漿孔16個，布孔圖詳見圖2所示。所有注漿孔都帶有5°～6°的經向外扎角，保證注漿液沿裂隙擴散。

3.4 注漿段高

注漿段高，控制在5m以內，鉆孔鉆進過程中，涌水量大于3m3/h，這時必須立即停鉆注漿，不得頂水鉆進。

3.5 注漿參數

3.5.1 注漿終壓

為防止跑漿及封閉效果，第一段注漿壓力稍微高于受注點靜水壓力，取終漿壓力為靜水壓力的2.0～2.5倍。再采用逐段加大注漿壓力，利用注漿高壓力推擠斷層破碎帶，達到密實、膠結、隔水效果。確定第一段注漿終壓嶄定為2MPa，第二段為4MPa，第三段為8MPa。

3.5.2 注入量

當鉆孔涌水量為5～10m3/h，注入5t水泥之后;鉆孔涌水量達到10～20m3/h，水泥漿注入10t之后;鉆孔涌水量達到20m3/h以上，水泥注入15t之后，采取停停注注的方法，控制漿液不要擴散太遠。

3.6 漿液的選擇

F175斷層注漿，選擇以單液水泥漿為主的注漿方式。在鉆孔涌水量<5m3/h或者鉆孔進入斷層破碎帶、夾泥帶，單液水泥漿的起始濃度為2：1。注漿30min后，注漿壓力沒變化，調整一級濃度到水灰比1.5：1，再注30min沒變化，單液水泥漿水灰比調到1：1，直到注漿結束。

如果鉆孔涌水量>5 m3/h，單液水泥漿的起始濃度為水灰比1：1，注入60min壓力沒變化，水泥漿濃度調整為水灰比0.8：1，直到注漿結束。

單液水泥漿在制漿過程中需要注意的是：一定要加入復合速凝早強劑（三乙醇胺和食鹽），這樣能縮短初凝時間，減少等干時間，縮短工期。

水灰比為1：1的單液水泥漿在標準條件下，初凝時間為11～12h，加入復合速凝早強劑（三乙醇胺和食鹽）后，初凝時間可縮短為6～7h。三乙醇胺（工業級）加水泥重量的0.5‰。工業食鹽加水泥重量的5‰。

4? 預裂注漿效果檢驗

采用一臺小型坑道鉆機，配φ63.5mm或φ75mm的筒狀取芯鉆頭和1m長的巖芯管以及φ42mm普通鉆桿、異徑接頭，對注漿段進行取芯。若巖芯f≥6，20m孔深;巖石f≤6，進入2m就可結束。當取芯鉆孔涌水量≤2m3/h，方可掘進;>2m3/h則再次補孔注漿，直到再次檢測涌水量≤2m3/h為止。

通過取芯鉆孔實測涌水量為1.88m3/h，可以停止注漿，進行掘進。通過對巖芯試件的檢測，巖芯試件f=5，掘進采用施工超前管棚作臨時支護。

5? 巷道支護

巷道掘進采用分次爆破的淺循環作業方式，每次進度不大于0.8m，保證架設一組支架的距離（0.8m/架）。爆破期間循環裝藥量≯5kg，采用光面爆破，確保眼痕率及巷道成型。初步支護采用架設礦工鋼支架、背接金屬網、超前注漿及噴漿封閉，之后采用二次模筑鋼筋防水混凝土做永久支護。

6? 結語

通過先進的掘進施工工藝及河床下放水技術，采用可靠的先進設備，通過注漿工藝穿越河床，制定出一套經濟上合理、安全可靠、技術上可行的掘進技術體系，為淺埋深河體下掘進施工提供技術保障，積累了先進的掘進經驗。

（1）巷道治水完全達到設計的二級防水要求，巷內無滴水段;

（2）通過近半年的礦壓觀測，巷道開挖后至初期支護完成最大沉降量在15～50mm之間，二次初砌后，最大沉降量在5mm以內。

從現場的施工情況及后期效果來看，利用先進的支護技術結合注漿工藝，能確保巷道能成功穿越河體下富水斷層，保證施工期間及巷道使用的安全，值得在類似井巷施工條件下進行推廣和應用。

參考文獻

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