6.0MPa高壓防水閘門壁后注漿及注水耐壓試驗

祝仰奎

（陜西華電榆橫煤化工有限公司可可蓋煤礦，陜西 榆林 719000）

1 概況

山東肥城礦業(yè)集團陶陽煤礦中三井田為立斜井多水平開拓，斜井沿上組煤的第3層煤底板布置，上下組煤用集中階段石門聯(lián)絡(luò)，現(xiàn)開采第二水平，標(biāo)高-550m，為安全開采下組煤（7、8、9、10層煤），根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，在有突水危險的地區(qū)，只有在其附近設(shè)置防水閘門實現(xiàn)安全隔離后方可掘進。由于陶陽煤礦-550m水平下組煤東翼受徐灰和奧陶系灰?guī)r（以下簡稱奧灰）承壓水的威脅，需在-550m東大巷內(nèi)施工防水閘門，以保障開采期間的安全。

中三井田徐灰和奧灰水力聯(lián)系密切，兩層灰?guī)r含水層水位基本同步，歷史最高靜水位標(biāo)高+65m，若發(fā)生水害該水平防水閘門將承受（65+547）600m水柱，即6.0MPa的壓強。防水閘門設(shè)計為LM單扇加肋扁殼薄殼型，出廠前進行了耐壓試驗，試驗壓力穩(wěn)定在6.0MPa。防水閘門硐室施工于穩(wěn)定的6煤層老底粉砂巖中，前后室各長6m，中室長6.5m，單門硐，門硐凈寬2m，凈高2.32m，硐室澆注結(jié)束并進行了28d養(yǎng)護。

2 壁后注漿

2.1 注漿設(shè)計與準備

防水閘門硐室前室、后室、中室及前后室加強段全長37.5m，共預(yù)埋注漿管238根。為保證注漿效果，壁后注漿前首先要對238個預(yù)埋的注漿孔進行掃孔和壓清水連通試驗。掃孔與注漿均分三個序次，第一序次要全部掃孔一遍，掃孔深度超過注漿管進入巖體300mm，第二次掃孔超過第一次50～100mm，第三次掃孔超過第二次的50～100mm。每次注漿采用連續(xù)與間歇相結(jié)合的方式，每個鉆孔注漿不少于三次，注漿掃孔時間間隔不小于72h。注漿泵使用NBB-250/6型高壓注漿泵。漿液為單液水泥漿，水灰比為 0.8：1～3：1，比重 1.2～1.5，跑漿嚴重和封孔時增大到1.6，注漿封孔壓力不小于9MPa。水泥為525#普通硅酸鹽水泥。防水閘門壁后注漿總順序為前室加強段、前室、后室加強段、后室，最后注中室；每個硐室注漿順序則是先注底板，再注兩幫，最后注弓形頂。每個鉆孔注漿前先進行注水連通試驗，注水時間在5～10min，發(fā)現(xiàn)滲漏水時及時采取措施（如用速效水泥卷、木楔、破布等東西堵漏等）。

2.2 壁后注漿

-550m東大巷防水閘門自注漿開始至結(jié)束，歷時77d，共注水泥73.6t。其中，第一序次進漿孔注水泥45t，占全部注漿孔的50%，其余鉆孔全部被串漿后封死；但4號注漿孔由于跑串漿，采用間歇式注漿法，僅此一孔注入水泥達25.6t，此孔擴散范圍大，有效地封堵加固了碹體及巖體，效果較好。第二序次進漿孔注水泥15.6t，占全部注漿孔的30%。第三序次對所有的鉆孔全部掃孔后逐個壓水、注漿，大部分鉆孔壓清水達9MPa以上，對其進行了注漿封孔，只有8孔仍進漿，還有少量鉆孔壓力增大到一定程度就開始串漿，根據(jù)現(xiàn)場情況采取了針對性的措施進行了處理使其最終達到規(guī)定要求，進漿量13t。

對三個序次注漿情況進行分析，其特點是：

第一序次：一是串漿孔數(shù)多，50%的進漿孔，其余全部被封死；二是跑漿地點多，個別鉆孔注漿時弓形頂、兩幫及底板滲跑漿，有的個別鉆孔跑漿還特別厲害，只能采取間歇注漿；三是漿液擴散范圍大，注4號孔時前室加強段、前室、中室及后室注漿孔串漿后被封死，且后室加強段碹體有滲漿現(xiàn)象。

第二序次：一是碹體和巖體大部分被充填，共有進漿孔30%，進漿量與第一次有較大的差別；二是多數(shù)注漿鉆孔采用連續(xù)注漿的方式，只有個別鉆孔采用間歇式。

第三序次：一是仍有部分鉆孔通過碹體與巖石接茬處串漿，但串漿孔數(shù)相對減少；二是對個別鉆孔進行了反復(fù)注漿，最終達到規(guī)定要求。

-550m東大巷防水閘門壁后注漿工作總體來說進漿量較大，注漿封孔壓力均達到設(shè)計要求，效果較好。

3 注水耐壓試驗

3.1 措施及準備

-550m東大巷防水閘門硐室壁后注漿工作結(jié)束，礦組織安監(jiān)處、調(diào)度室、技術(shù)科、地測科、機電科、防治水工區(qū)等單位對防水閘門壁后注漿情況進行了驗收。驗收結(jié)束后立即召開了注水耐壓試驗工作會，布置了注水耐壓試驗前的準備工作。防水閘門門體由機電科負責(zé)安裝，地測科測量人員配合調(diào)校門體的水平與垂直度。防水閘門安裝完畢后，礦又組織有關(guān)單位對防水閘門進行了關(guān)閉試驗。

防水閘門耐壓試驗前將NBB-250/6型高壓注漿泵3臺、NBB-260/7型高壓注漿泵1臺安裝在防水閘門后室以外60m處(聯(lián)絡(luò)巷門口附近)，每臺泵出水管為Φ25mm高壓膠管，另一頭為Φ25mm、Φ50mm的變頭連接到Φ50mm的高壓注漿管上，防水閘門北幫4吋高壓管上按一高壓閘閥，然后將高壓注漿泵Φ25mm高壓膠管連接其上，4臺泵、4趟管路。向硐室內(nèi)加水時打壓水源來自-550m徐灰水源孔，水量30m3/h，注水期間使用-550m東大巷五號峒室內(nèi)的四灰放水孔，水量30m3/h，水量不足將六號硐室內(nèi)的四灰放水孔打開一個，水量20m3/h。為準確測得進水量，在供水管路注水泵處安有高壓閘閥和流量表。為及時觀測水閘門漏水量，掌握水閘門及其硐室情況，在后室水溝內(nèi)安設(shè)5.5kW潛水泵一臺，潛水泵將水排至60m以外注漿管外水溝內(nèi)，然后自然流入-550m水倉，并在5.5kW潛水泵上安設(shè)流量表，以及時準確地觀測漏水量。各設(shè)備安裝好后進行了試運轉(zhuǎn)，并對耐壓管路、閘閥等進行了耐壓試驗。

3.2 注水耐壓試驗

防水閘門注水耐壓試驗前向硐室加水為-550m水平徐灰水，水壓5.5MPa，前室注滿后水量將會有壓力顯現(xiàn)。自上午7時00分開始注水，注水15min后壓力上升到2MPa并開始穩(wěn)壓，隨即開啟4臺注水泵向前室進行注水。根據(jù)《-550m東大巷防水閘門注水耐壓試驗規(guī)程》規(guī)定，在此狀態(tài)下穩(wěn)壓20min，以后每0.5MPa穩(wěn)壓15min，到9時00分時壓力最大達6.5MPa，根據(jù)規(guī)程要求隨后將壓力降壓并穩(wěn)定在6MPa，在此狀態(tài)下至次日10時05分（持續(xù)時間超過24小時）。在注水耐壓過程中先啟動1臺泵使用3檔，注滿水后啟動2臺泵3檔，為確保高壓注漿泵的安全運轉(zhuǎn)，現(xiàn)場4臺泵分為兩組，1、2號泵為一組，3、4號泵為一組，每1小時換開一次。

圖1 -550m東大巷防水閘門注水耐壓試驗平面布置示意圖

3.3 注水耐壓試驗觀測

在對漏水量的觀測中我們采用流量表與水位觀測相結(jié)合的方法，測得6MPa穩(wěn)壓狀態(tài)下的總漏水量在5～6m3/h，其中水閘門漏水量在1.5m3/h，主要是在防水閘門門體下方中間、左上角與右上角部位；碹體漏水量在4m3/h，主要在后室及后室加強段巷道的接茬處，中室及后室底板有兩處漏水0.3m3/h，該防水閘門單點漏水量均無超過1m3/h處。中室（閘門硐室）兩幫及頂部、后室加強段與巷道接茬處也有滲漏水現(xiàn)象。

經(jīng)過本次注水耐壓試驗，該防水閘門最高壓力達6.5MPa，并在6MPa下穩(wěn)壓24小時以上，綜合漏水量在5～6m3/h，單點漏水量小于1m3/h，符合肥城礦業(yè)集團《關(guān)于印發(fā)<加強防水閘門(墻)管理規(guī)定＞的通知》綜合漏水量小于10m3/h，單點漏水量小于4m3/h的規(guī)定。-550m東大巷防水閘門注水耐壓試驗一次性合格。

4 結(jié)語

6.0MPa高壓防水閘門壁后注漿及注水耐壓試驗，具有壓力高、操作困難、測定的數(shù)據(jù)多、危險性大等特點，為高壓防水閘門及硐室設(shè)計提供了科學(xué)的依據(jù)。該防水閘門的成功實施為陶陽煤礦-550m水平開拓開采提供了有效安全保障，同時也為設(shè)置該水平副巷、回風(fēng)巷防水閘門提供了施工借鑒經(jīng)驗。在防水閘門硐室施工及注水耐壓試驗中需要注意以下幾點：

（1）防水閘門硐室接茬處在壁后注漿及注水耐壓時暴露的問題較多，是硐室開挖、澆注與壁后注漿管理的薄弱點和重點。

（2）壁后注漿應(yīng)采用連續(xù)和間歇式相結(jié)合的方式，對于不能連續(xù)注漿的應(yīng)及時將注漿鉆孔用清水沖洗，以確保該孔后期可繼續(xù)注漿。

（3）防水閘門注水耐壓試驗開始和結(jié)束釋放壓力時要循序漸進，水壓上升和下降速度不能太快，防止對硐室及圍巖造成破壞。