紅柳煤礦掘進大巷過斷層帷幕注漿技術(shù)

馬 濤

（神華寧夏煤業(yè)集團，寧夏回族自治區(qū)銀川市，750011）

1 煤礦概況

神華寧夏煤業(yè)集團紅柳煤礦是一座設(shè)計生產(chǎn)能力為800萬t／a的大型礦井，位于寧夏回族自治區(qū)靈武市馬家灘鎮(zhèn)內(nèi)。目前紅柳煤礦在掘巷道為二煤層帶式輸送機巷及二煤輔運大巷，兩條大巷均沿二煤層頂板掘進。采用綜掘機施工，錨帶網(wǎng)索噴支護。根據(jù)現(xiàn)場實際觀察，兩條大巷已掘巷段圍巖控制較好，未出現(xiàn)噴層開裂、片幫及頂板破碎等現(xiàn)象，礦壓顯現(xiàn)較小且無淋水。2011 年9 月當兩條大巷掘至距DF6-1斷層50m 左右時，為探明該斷層是否導水，在帶式輸送機巷施工了5個超前探放水鉆孔，孔內(nèi)累計涌水量120 m3／h；輔運大巷施工了11個孔，孔內(nèi)累計涌水量212m3／h，表明DF6-1斷層具有較強的導水性。為確保安全及有效控制，對兩條大巷在錨帶網(wǎng)索噴支護的基礎(chǔ)上，架設(shè)了排距0.8m 的U29型鋼棚。當帶式輸送機巷及輔運大巷繼續(xù)掘進至距DF6-1斷層分別為17m和11m 時，其掘進頭均出現(xiàn)了嚴重的冒頂，分別有3～4架U29型鋼棚被壓垮，同時出現(xiàn)了80m3／h和130m3／h的涌水量。

2 堵水方案及注漿工藝

由于二煤層帶式輸送機巷及輔運大巷掘進頭均出現(xiàn)了嚴重的冒頂事故并伴有較大的涌水量，致使兩條大巷停止了繼續(xù)掘進，經(jīng)過近3個月的疏放水后，涌水量未出現(xiàn)減少，表明DF6-1斷層具有較強的補給通道，需采取有效堵水措施減少水的補給，確保兩條大巷復掘時安全施工。

2.1 堵水方案設(shè)計

為了封堵兩條大巷掘進頭前方DF6-1斷層的導水通道，使其形成一定厚度的隔水密閉圈，經(jīng)工程調(diào)研及超前瞬變電磁探測，并結(jié)合現(xiàn)場實際狀況，對兩條大巷設(shè)計了深孔帷幕注漿方案。

（1）掘進頭充填：用編織袋裝砂或矸石充填掘進頭與密閉墻之間的空間。

（2）澆筑掘進頭密閉墻：澆筑前沿大巷斷面周邊每隔0.8 m 安裝錨桿，錨桿規(guī)格為?20 mm×2000mm，用樹脂藥卷實施端錨，且每根錨桿外露長度0.5m，以作為密閉墻的拉結(jié)筋；密閉墻采用C20混凝土，其澆筑厚度600mm，同時密閉墻澆筑前在其下部即緊貼底板放置?108 mm 的無縫鋼管并配置閥門，用于掘進頭水的集中排放。

（3）開挖鉆場硐室：根據(jù)鉆機的外形尺寸及帷幕注漿孔的布置，在帶式輸送機巷及輔運大巷內(nèi)分別開挖一個鉆場硐室 （即3＃、4＃）；鉆場硐室斷面為矩形，寬度4m，高度3m，進深5m，采用錨帶網(wǎng)支護，底板鋪設(shè)200mm 厚的C20混凝土。

（4）帷幕注漿孔設(shè)計：為了確保帶式輸送機巷及輔運大巷在DF6-1斷層帶周圍注漿后能形成有效的隔水帷幕圈，共設(shè)計了20個帷幕注漿孔，其中帶式輸送機巷和輔運大巷各10 個，孔徑均為108mm，孔深81m，其平面布置及在斷層DF6-1處的孔距和離大巷輪廓的距離如圖1所示。

圖1 二煤層帶式輸送機大巷及輔運大巷帷幕注漿孔設(shè)計

2.2 注漿工藝

根據(jù)堵水方案，注漿前先按各孔的設(shè)計方位用?153mm 的鉆頭打眼，眼深應(yīng)從鉆場硐室超過大巷掘進頭1m，然后在孔內(nèi)安裝?127mm 的套管，套管外露端裝上球閥、注漿盤并接上高壓注漿軟管，然后開泵注漿，待漿液從孔口處即套管與孔壁之間的間隙返漿后可停止注漿，漿液凝固后套管便固結(jié)完成。其套管固結(jié)示意圖如圖2所示。

圖2 固管示意圖

當各帷幕注漿孔的孔內(nèi)安裝套管及固管完成后，采用壓水方式檢驗固管是否牢固，經(jīng)檢驗合格后可對各孔實施帷幕注漿，注漿采用了間歇式分段鉆進、分段注漿方式，其工藝為：

（1）調(diào)整鉆機鉆桿，使其與套管中心線方位一致，然后在鉆桿頭部裝?108 mm的鉆頭鉆進，當鉆至套管底部位置時再繼續(xù)鉆，其繼續(xù)鉆深取決于孔內(nèi)的涌水量，當涌水量達到5m3／h時可退出鉆桿并實施注漿。

（2）注漿材料：選用425＃的普通硅酸鹽水泥及煤礦封堵納米材料，其水灰比均為1∶0.7；注漿時先注水泥漿，以降低堵水成本，后注煤礦封堵納米材料，以提高漿液凝固后的圍巖強度及密實性，確保帷幕圈能盡快形成。

（3）漿液攪拌：將425＃的水泥或煤礦封堵納米材料按規(guī)定的水灰比1∶0.7加入攪拌桶內(nèi)并開機攪拌均勻，煤礦封堵納米材料的攪拌時間應(yīng)大于10min。

（4）注漿終壓：由于各孔均采用了分段鉆進、分段注漿方式，但考慮到鉆孔水壓為1.8MPa，則每段注漿時其注漿終壓應(yīng)為水壓的2～3倍，即為3.6～5.4MPa，為便于現(xiàn)場操作，取其平均值4.5 MPa，當泵壓達到該值并穩(wěn)定10 min后可停止該段注漿，待其凝固72h后再鉆進并實施下一段的注漿，依次類推，直至該孔注漿完成。

3 大巷復掘

當二煤層帶式輸送機巷及輔運大巷帷幕注漿完成后，共注入了425＃水泥212t，煤礦封堵納米材料147t，且20個帷幕注漿孔全部掃開后其孔內(nèi)均無滲水或流水現(xiàn)象。為進一步作出驗證，共鉆了5個檢查孔，其中3個檢查孔在帷幕圈之內(nèi)且孔內(nèi)均無水，另外兩個檢查孔在帷幕圈之外，孔內(nèi)涌水量達21m3／h。

寧煤集團于2012年6月4日聘請全國防治水專家對紅柳煤礦二煤層帶式輸送機巷及輔運大巷的帷幕注漿堵水進行了現(xiàn)場評估，專家們經(jīng)現(xiàn)場查看及分析后認為，兩條大巷的帷幕注漿圈已形成，注漿堵水已達到了預期的目的，但復掘時尤其是在DF6-1 斷層帶處應(yīng)采用風鎬掘進、短掘快支方案，以確保兩條大巷安全度過斷層。

4 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場驗證及專家們的分析建議，目前兩條大巷復掘后已順利通過了DF6-1斷層，確保了安全，防止了水害威脅，為紅柳煤礦創(chuàng)造了較為可觀的安全技術(shù)經(jīng)濟效益，同時也為今后過斷層注漿堵水積累了豐富的實踐經(jīng)驗。

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（責任編輯 張艷華）