檸條塔煤礦注漿堵水工程及效果

崔邦軍

(陜西省煤田地質(zhì)局一八五隊，陜西 榆林719000)

2007年3月，檸條塔煤礦1號副斜井巷道底板在修復(fù)過程中，巷道575 m到595 m處發(fā)生嚴(yán)重突水，突水量大于250 m3/h，因水壓過大，并且使595～620 m處巷道底板出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象。其主要突水巷道底板標(biāo)高為1 128.05～1 130.45 m，截至4月29日井下水位已上漲至巷道507.50 m，即標(biāo)高1 138.24 m。貴礦已經(jīng)采取了增加井下抽排水能力、井下施工減壓泄水鉆孔、底板注漿等措施，收效甚微。為了徹底解決水患，恢復(fù)井下生產(chǎn)。對檸條塔煤礦1號副斜井突水區(qū)水文地質(zhì)條件、充水水源、充水通道、充水強(qiáng)度進(jìn)行了分析對比，查找透水原因，提出了注漿堵水及圍巖加固方案，實施后取得了較好的效果。

1 煤礦突水原因

充水水源:燒變巖裂隙孔隙含水層是井巷充水的主要來源，當(dāng)井巷工程揭露裂隙與其相通時，使其成為直接充水水源。

充水通道:井巷揭露的細(xì)粒砂巖裂隙及破碎帶裂隙是充水的主要通道，其次為原生結(jié)構(gòu)面。

充水強(qiáng)度:井巷充水強(qiáng)度主要決定于井巷揭露巖性(細(xì)粒砂巖)的裂隙發(fā)育程度，水位上漲后水壓提高以及井巷距儲水構(gòu)造的距離。

檸條塔煤礦2005年9月及2006年7月的地面注漿及井下注漿工程完工后，本次突水區(qū)(段)以上兩次注漿工程均未涉及此段，為井巷唯一的充水通道。由于河西煤礦井下?lián)跛畨﹃P(guān)閉放水閥門，3－1煤層燒變巖裂隙孔隙地下水水位緩慢恢復(fù)性上漲后，水壓增大，巷道與細(xì)粒砂巖的裂隙及破碎帶裂隙聯(lián)通后出現(xiàn)的突水現(xiàn)象。因此，本次突水的主要原因為修復(fù)大巷時巷道突水區(qū)與3－1煤層燒變巖裂隙孔隙含水層水力聯(lián)系密切，相互連通所致。

2 注漿堵水工程

2.1 2005年1號副斜井穿越含水層注漿堵水工程

根據(jù)勘察資料，按副斜井底板混凝土面以上部分掘進(jìn)高度為4.5 m，以下部分掘進(jìn)高度為0.5 m，以井筒底板混凝土面為準(zhǔn)，井筒穿越燒變巖含水層段標(biāo)高為 +1144.09 m－+1133.79 m。按副斜井傾角5040'計算，穿越含水層長度為129.29 m。”2005年9月29日根據(jù)施工的取芯鉆孔揭露情況，后應(yīng)業(yè)主要求總注漿長度增加為178.00 m。該工程自2005年9月18日開工，2005年11月6日完工，共完成鉆孔鉆探總進(jìn)尺 8 145.58 m，其中合同量 6 693.25 m，變更為1 452.33 m;共完成注漿主材水泥量4 287.25T，其中合同量2 917.25T，變更量1 370 T。實際注漿段位置為井筒430～608 m，注漿層段高度為2－2煤層火燒巖底板下0.5 m到巷道頂板上部10 m。經(jīng)有關(guān)部門驗收及副斜井掘進(jìn)證明，本工程達(dá)到設(shè)計目的，工程效果良好。

2.2 2006年1號副斜井653 m突水區(qū)注漿堵水工程

檸條塔煤礦1號副斜井2006年5月31日掘進(jìn)至665 m(H=1 122.41 m)時，在井筒653 m(H=1 123.19 m)處巷道底板出現(xiàn)少量涌水，泵排水量12.5 m3/h，隨后涌水量逐漸增大，水位漸漸上升，6月29日巷道泵排水量超過300 m3/h，水量有增無減，6月30日水位上漲至1 130 m左右。6月29日檸條塔煤礦委托我公司編制堵水方案，7月2日檸條塔煤礦在神木召開會議，審查并通過了我公司編制的施工方案。該方案設(shè)計注漿孔48個，孔距3 m。本期工程自2006年7月7日開工，2006年8月4日完工，根據(jù)設(shè)計方案及現(xiàn)場確定共完成鉆孔27個(其中一期鉆孔共15個、一期備用6個，二期鉆孔6個)，鉆探總進(jìn)尺2 365.42 m;共完成注漿主材水泥量1 284.75T。實際注漿段位置為井筒665～644 m，注漿層段高度為2－2煤層火燒巖底板下5 m到3－1煤層底板下3 m。本工程施工前井筒最大涌水量為470 m3/h，巷道清理后注漿段僅有零星滴水，達(dá)到預(yù)期目的。

2.3 2007年1號副斜井595到575m突水區(qū)注漿堵水及504到644m圍巖加固工程

2007年4月1號副斜井突水區(qū)為井筒575～595 m處，因水壓過大，并且在井筒595～620 m巷道底扳出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象。另據(jù)取芯鉆孔資料表明:治理區(qū)域巷道緊鄰3－1煤火燒區(qū)，巷道圍巖破碎，裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性差等不利的工程地質(zhì)條件;為了徹底解決檸條塔煤礦1號副斜井穿過2－2煤火燒巖及3－1煤層烘烤破碎帶含水層的問題，加固2－2煤火燒巖底板到3－1煤層烘烤破碎帶巷道圍巖。根據(jù)業(yè)主要求，本次注漿范圍以突水區(qū)575～595 m重點，向井巷兩側(cè)延伸。突水區(qū)前方巷道加固處理段為595～644 m(2006年注漿工程終點位置)突水區(qū)后方巷道加固處理段為575～504 m(07年4月底巷道靜水位標(biāo)高位置)。本工程的先期施工區(qū)域即為巷道575 m到595 m位置及后期施工區(qū)域595 m到620 m處理深度為3－1煤層底板下3 m;處理高度為巷道頂部15 m，處理寬度為巷道兩側(cè)10 m。后期施工區(qū)域巷道575 m到510 m位置處理深度為巷道底板下15 m;處理高度為巷道頂部15 m或2－2煤層底板(2005年一期注漿工程底板)，處理寬度為巷道兩側(cè)10 m。

綜上所述:以上三次注漿工程位置、范圍及層位不同，其注漿范圍及層位即不重疊，也不交叉，完工后各注漿區(qū)域相互連接，該段井巷3－1煤火燒區(qū)、2－2煤火燒區(qū)及其頂?shù)装逶诰矁蓚?cè)形成了完整的堵水墻。

3 注漿堵水及圍巖加固方案

3.1 注漿方案

首先編制了《陜煤集團(tuán)檸條塔煤礦1號副斜井突水防治方案》。同時召開專門審查會議認(rèn)為該工程方案科學(xué)合理、切實可行、應(yīng)盡快組織實施。為了徹底根治水患會議認(rèn)為本次工程本著“突出重點，表本兼治，寧強(qiáng)勿弱，不留隱患”的原則，采用“探灌結(jié)合，圍幕堵水，充填裂隙，加固圍巖，結(jié)合巷道補(bǔ)鉆注漿”的方法進(jìn)行。

注漿方案主要設(shè)計參數(shù)如下:

1)處理范圍:為突水區(qū)及其兩側(cè)未進(jìn)行注漿工程區(qū)域，其中突水區(qū)為巷道575 m到595 m位置，突水區(qū)前方巷道加固處理段為595 m到644 m位置(2006年8月注漿工程終點位置)，突水區(qū)后方巷道加固處理段為575 m到504 m位置(為2007年4月水位標(biāo)高位置)。

2)鉆孔間距3×3 m，在突水區(qū)域巷道兩側(cè)各布置兩排鉆孔，在疑有突水可能區(qū)域巷道兩側(cè)各備用一排鉆孔，梅花形布置，探灌處理，消除安全隱患。一期工程布置鉆孔58個，備用鉆孔14個?？刂崎L度50 m，達(dá)到控制水壓、顯著減小水量的目標(biāo)。二期布置鉆孔59個，控制長度94 m，達(dá)到完全堵水及巷道加固的目的。

3)灌漿寬度:巷道兩側(cè)各10 m，鉆孔擴(kuò)散半徑8 m。

4)施工順序:首先施工突水區(qū)到620 m段的鉆孔，及先期注漿孔，同時進(jìn)行注漿。然后施工突水區(qū)巷道上下的鉆孔及后期注漿孔。

5)鉆孔結(jié)構(gòu):鉆孔基本結(jié)構(gòu)為松散層和極破碎地層φ190～150 mm，下入150～130 mm地質(zhì)鋼管，火燒巖段φ130～110 mm，至22煤火燒巖底板2 m以下后換成不小于91 mm的鉆具。鉆進(jìn)至3－1煤底板下3 m或巷道下15 m終孔。

6)鉆孔注漿:注漿范圍內(nèi)布置梅花形鉆孔，灌漿材料為水泥及水拌合而成。水泥與水體積比為1∶1～0.5，先稀后稠，較大裂隙加入適量聚丙稀酰胺，三乙醇胺形成混合雙液或水泥水玻璃雙管雙液、單管雙液，參考配比為1∶0.3～0.5(體積)。注漿管采用1.25吋鋼管，注漿段高度36～24 m下入花管，用膠帶封閉花眼出漿口，上部火燒巖采用多級孔徑托盤，海帶等材料止水封閉，用稠漿或水泥球從井口灌入注漿管外側(cè)封孔。為了盡快凝固可加入水泥重量2%的速凝劑。

7)注漿方式采用間隔跳孔全孔一次性注漿方式。注漿壓力 0.2 ～0.5 Mpa，終孔檢驗壓力為 1 ～1.5 Mpa。

3.2 注漿堵水工程施工組織及完成工程量

注漿堵水工程組建了指揮能力強(qiáng)、決策水平高、富有開拓進(jìn)取精神和豐富施工經(jīng)驗的干部進(jìn)入項目部各管理層。選調(diào)精兵強(qiáng)將和調(diào)配充足的設(shè)備、材料立即進(jìn)場，制定和完善科學(xué)合理切實可行的注漿堵水方案和施工組織設(shè)計，推行全面計劃管理，全面質(zhì)量管理，確保在盡快的時間內(nèi)注漿堵水一次成功。

4 結(jié)論

檸條塔煤礦注漿堵水及圍巖加固工程總體質(zhì)量良好，達(dá)到合同規(guī)定的“巷道涌水量低于50 m3/h”要求，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，保障了煤礦生產(chǎn)安全。

①檸條塔1號副斜井突水段注漿工程結(jié)束后，礦山進(jìn)行了抽排水和巷道清理工作，并于9月25日對該區(qū)巷道底板凸起和巷道砼碹進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)了4段巷道有底板凸起、巷道砼拱和側(cè)墻裂縫，具體位置和程度見《中安監(jiān)理公司1號副斜井地面注漿情況的檢查說明報告》。其中巷道590～607 m底板凸起，595～605 m左側(cè)墻裂縫，591～597 m左側(cè)拱部砼碹離層，566～575 m頂板裂縫為注漿前已產(chǎn)生;530～540 m段底板凸起是注漿未結(jié)束前抽水而產(chǎn)生的。該段底板凸起的原因初步分析認(rèn)為是:該段巷道底板巖石破碎嚴(yán)重，裂隙孔隙發(fā)育，水壓較大 ，在巷道充水時形成平衡，當(dāng)巷道退水后，打破了原有平衡，引起圍巖移動，底板凸起是自然規(guī)律而不是人為因素。

②巷道530 m處還存在小量涌水，建議井下注漿堵水處理。檸條塔1號副斜井突水段注漿工程結(jié)束后，在530 m處存在一股細(xì)小水流，由于出水點水位較高，不在本次施工范圍之內(nèi);雖然設(shè)計變更施工了6個注漿孔注漿后，但收效甚微。若要徹底解決，采用地面注漿堵水工程費(fèi)用太高，不經(jīng)濟(jì)，建議采用井下注漿堵水。

③巷道504～474 m段在水位恢復(fù)到1 144.66 m時有可能出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，建議加強(qiáng)礦井涌水量觀測工作，必要時進(jìn)行注漿堵水工作。由于巷道底板圍巖破碎，裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性差等不利的工程地質(zhì)條件;而2005年注漿工程僅對2－2煤層火燒巖底板下0.50 m以上范圍進(jìn)行了注漿加固，沒有涉及以下破碎地層，即沒有對本區(qū)域巷道底板進(jìn)行加固注漿。原方案對2007年4月水位以下巷道圍巖進(jìn)行加固，沒有考慮水位恢復(fù)到1 144.66 m后地下水對巷道的影響。

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