富水巖層掘進(jìn)巷道方案研究

梁　峰

(馬鋼集團(tuán)礦業(yè)公司　安徽馬鞍山　243000)

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富水巖層掘進(jìn)巷道方案研究

梁峰

(馬鋼集團(tuán)礦業(yè)公司安徽馬鞍山243000)

摘要：水害是礦山安全的一個(gè)重大隱患，在富水巖層中掘進(jìn)巷道極有可能引發(fā)隱患，掘進(jìn)時(shí)如果處置不當(dāng)，將造成大量的突水，有淹井的危險(xiǎn)，給礦山效益和人員的安全造成重大威脅。研究即基于大水礦山的富水巖層，采用局部帷幕注漿的方式控制出水量，從而為巷道掘進(jìn)創(chuàng)造有利條件，使巷道施工順利完成。

關(guān)鍵詞：突水；富水巖層；巷道掘進(jìn)；帷幕注漿

1地質(zhì)簡(jiǎn)述

掘進(jìn)段巖石主要為粗安石，塊狀構(gòu)造，巖石相對(duì)完整，裂隙閉合為主，充填不連續(xù)，不規(guī)則網(wǎng)脈狀裂隙發(fā)育，巖層節(jié)理較為發(fā)育，富水。

2施工方案制定

2.1施工順序

探注前施工程序如下:施工準(zhǔn)備→施工前檢查→定施工參數(shù)→放線地點(diǎn)開孔→安裝孔口管→安裝閘閥→按設(shè)計(jì)要求鉆進(jìn)，水量達(dá)到大于5m3/h必須立即停鉆注漿，丈量殘尺并做好記錄，掃孔并鉆到設(shè)計(jì)深度→測(cè)量涌水量→壓力試驗(yàn)→制備漿液→注漿→結(jié)束注漿→清洗注漿管路→檢查(如出現(xiàn)塌孔、出大水、卡鉆等情況，需要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)鉆)。

2.2探孔布置

根據(jù)巷道的斷面，設(shè)計(jì)8個(gè)探孔，如圖一所示。各孔參數(shù)見表一。為防止突出大水，需提前分別布置8個(gè)小孔徑鉆孔，小孔徑鉆孔采用YT-28鑿巖機(jī)配合?50mm合金剛鉆頭鑿孔口管，孔深2000mm,然后埋?40mm×1500mm的孔口管，再在?40mm孔口管內(nèi)掘進(jìn)探水4500mm且不遇見大水的情況下先進(jìn)行注漿封孔，然后分別按順序在工作面迎頭進(jìn)行超前探水注漿。

圖1　探孔布置圖

孔號(hào)角度長(zhǎng)度(m)夾角作 用距底板距離(m)1俯角2°50-2°探巷道底板0.52仰角0°50-4°探巷道二幫1.553仰角3°50-3°探巷道頂板2.84仰角4°500°探巷道頂板3.15仰角3°503°探巷道頂板2.86仰角0°504°探巷道二幫1.557俯角2°502°探巷道底板0.580500檢查孔1.85

(注：仰角俯角已巷道腰線辨別，夾角以巷道中心線辨別。)

2.3注漿參數(shù)

2.3.1注漿壓力

本方案給出的注漿壓力是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定的。其經(jīng)驗(yàn)公式如下：

P終=(2.0-3.0)P0

式中：P終-注漿終壓(MPa)

P0-受注點(diǎn)的靜水壓力(MPa)

2.3.2注漿材料

若鉆孔出水達(dá)到5m3/h就停止鉆進(jìn)，開始注漿。注漿材料以普通硅酸鹽水泥為主，水泥單漿液與水泥-水玻璃雙液漿相結(jié)合。為保證注漿效果，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整水灰比，常用水灰比為3:1,2:1,1:1。

水泥：選用42.5普通硅酸鹽水泥。

水玻璃：選用模數(shù)為2.8-3.1，濃度在45Be以上產(chǎn)品，要求生產(chǎn)為純堿(Na2CO3)的液體水玻璃。

醛樹脂化學(xué)漿為高分子聚合注漿材料，在砂巖及巖體微裂隙中具有良好的滲透擴(kuò)散性，且固結(jié)強(qiáng)度高，防滲堵漏性能好，可廣泛用于礦山井下破碎巖體加固，井巷圍巖為裂隙防滲堵漏及各類工程巖體的滲漏治理等。

化學(xué)漿液分A，B二種組分預(yù)置，凝膠時(shí)間主要受控于A:B也比例，需要采用雙缸液注漿泵按照一定比例(A:B=3：1-4：1)進(jìn)行注漿。注漿過程中科院根據(jù)漿液的注漿體的滲透擴(kuò)散情況及時(shí)調(diào)節(jié)A:B液比例以控制漿液的凝膠時(shí)間。

漿液無毒無污染，施工過程中如出現(xiàn)漿液濺到皮膚及面部的情況，及時(shí)使用清水清洗即可。

2.3.3漿液濃度與配置

1)采用水泥注漿時(shí)，漿液濃度的運(yùn)用原則一般是巖石裂隙越大，用漿液越濃，但在每次注漿時(shí)，漿液濃度的使用程序是由稀調(diào)濃。

表2　鉆孔吸水率和漿液濃度的關(guān)系表

2)漿液的配制與注入

水泥漿水灰比為0.8：1-1∶1，稱為C液。水玻璃漿液的濃度根據(jù)要求，先做小樣實(shí)驗(yàn)，一般為30-35be,稱為S漿液。

C漿液和S漿液的體積比為1:0.5-0.7，可用一臺(tái)泵的二個(gè)缸，選用不同的缸徑，粗缸注水泥漿，細(xì)缸注水玻璃漿，也可以用二臺(tái)注漿泵注水泥漿，小泵注水玻璃漿。

2.3.4注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)注漿孔孔口注漿壓力達(dá)到注漿終壓后，穩(wěn)定3-5分鐘，即可結(jié)束本次注漿。

3施工工藝

1.注漿布孔間距(按圖1)；

2.注漿壓力：為防止過度壓力注入導(dǎo)致斷面圍巖造成破壞，注漿過程中嚴(yán)格控制注漿壓力，注漿壓力初始為5MPa，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿情況增加到15MPa；

3.初始水灰比：3:1，當(dāng)注漿壓力緩慢增加時(shí)，調(diào)整水灰比為2:1、當(dāng)注漿壓力達(dá)到15MPa以上時(shí)，調(diào)整水灰比為1∶1；

4、注漿深度，雙液注漿深度為40m-50m；

5.雙液注漿鉆孔應(yīng)符合下列以下要求：鉆孔孔位與設(shè)計(jì)孔位允許偏差為±50mm，鉆孔允許偏差率為1%，孔徑允許偏差為±5mm，鉆孔深度必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

6.每次注漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，如果間斷，則間斷時(shí)間大得大于漿液初凝時(shí)間；

7.注漿過程中盡量采用單液漿，雙液漿只做封孔之用；

8.當(dāng)注漿壓力達(dá)到15MPa,仍處于不吃漿態(tài)勢(shì)，可采取用超細(xì)水泥注漿；

9.探水注漿施工工藝及施工步驟

1)注漿站布置

注漿站設(shè)在運(yùn)輸巷，選取合適位置擺設(shè)注漿機(jī)和水泥攪拌機(jī)，將風(fēng)水電接好，將水泥儲(chǔ)存在斜坡道，并一次性儲(chǔ)存水泥20t-30t，水玻璃5t，但要注意做好水泥防水防潮工作，確保注漿正常。

2)潛孔鉆的布置

為了便于鉆孔操作，在鉆場(chǎng)上搭建2m-3m高的鉆機(jī)工作平臺(tái)，搭建的工作平臺(tái)必須牢固可靠，使鉆機(jī)操作人員在平臺(tái)上操作鉆機(jī)。

3)探水注漿管的埋設(shè)

采用?130mm沖擊器鉆頭開孔，孔深4200mm，成孔之后將?108mm×4000mm孔口管纏上鐵絲和麻絲，通過潛孔鉆將孔口管塞入鉆孔內(nèi)，法蘭盤端外露500mm，使用水泥-水玻璃雙液漿進(jìn)行固管。

4)探水注漿管的鉆進(jìn)

?108mm×4000mm孔口管固管完成后，待凝固12小時(shí)候進(jìn)行打壓試驗(yàn)，打壓試驗(yàn)合格后采用Φ90mmm沖擊器鉆頭掘進(jìn)，鉆進(jìn)前需安裝4寸高壓球閥(DN100)和止?jié){裝置，以備鉆孔出水可及時(shí)關(guān)閉，防止出現(xiàn)淹井事故。如在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)因巖石破碎造成踏孔，卡鉆，出水等情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)停鉆關(guān)閉閥門或止噴裝置進(jìn)行注漿。

5)注漿

注漿前孔口管上安裝高壓法蘭盤壓蓋，再接注漿系統(tǒng)，注漿系統(tǒng)上安裝有壓力表，在注漿過程中安排專人看壓力表，達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，關(guān)閉進(jìn)漿閥門打開泄?jié){閥，拆除注漿系統(tǒng)，準(zhǔn)備下一個(gè)孔注漿。注漿系統(tǒng)見圖2。

在注漿時(shí)，初期采用單液水泥漿，注漿壓力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后使用水泥-水玻璃雙液漿進(jìn)行封孔，雙液漿的初凝時(shí)間控制在20s—30s。

圖2　注漿系統(tǒng)示意圖

4施工組織

4.1人員配備

注漿施工是綜合性工程，需要多工種聯(lián)合組成，如鉆探工，注漿工，電工等，為了便于領(lǐng)導(dǎo)和管理，鉆探工與注漿工合二為一，在施工中，人員可以相互調(diào)配，具體見下表3。

4.2設(shè)備及材料配備

設(shè)備及材料配備見表4。

表3　注漿人員人力配備表

表4　設(shè)備及材料配備表

5防突水措施

1.每個(gè)探水注漿孔，在鉆進(jìn)之前，避險(xiǎn)要安裝4寸孔口高壓閥門及止噴裝置，當(dāng)鉆孔涌水突出時(shí)，應(yīng)立即撤出鉆桿。關(guān)閉閥門，如水量很大，無法退出鉆桿時(shí)，則需利用止噴裝置，鎖緊鉆桿，裝上注漿球閥，利用鉆桿注漿。

2.在關(guān)閉閥門后，在閥門一頭安裝焊有1寸絲扣的法蘭，并連接注漿泵，打開閥門進(jìn)行頂水注漿。

6總結(jié)

在巷道掘進(jìn)時(shí)探水孔出水量較大，不敢再貿(mào)然施工；采用了本方案后，出水量得到有效控制，掘進(jìn)時(shí)亦無大水發(fā)生，施工得以順利推進(jìn)，掘進(jìn)平均速度2.1m/日，提前完成掘進(jìn)計(jì)劃，節(jié)省了工期，創(chuàng)造了較好的效益。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張永成等.礦井注漿施工手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2013

[2]劉文永等.注漿材料與施工工藝[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2008

[3]張永成.注漿技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社.2012，8

[4]虎維岳.礦山水害防治理論與方法[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2005，6

[5]宋峰，劉新社.中關(guān)鐵礦帷幕注漿工程科技成果匯編[M].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2012

Research of Drivage Plan in Water-rich Rock Layers

LIANG Feng

Abstract：Water damage is a major hidden danger in mines. Driving in water-rich rock layers is likely to cause hidden danger that will take a massive toll on mines by water inrush if disposal is undeserved, which poses a major threat to the mining benefit and personnel safety. Curtain grouting menthod based on water-rich rock layers research is used to control the water inflow, which creates favorable conditions for driving so as to complete the drivage successfully.

Key words：water-inrush；water-rich rock layers；drivage；curtain grouting

收稿日期：2016-04-28

作者簡(jiǎn)介：梁峰(1981-)，男，馬鋼集團(tuán)礦業(yè)公司，工程師。

中圖分類號(hào)：TD745+.26

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-9994(2016)02-0025-04