越南河林煤礦清理斜巷超前探水預(yù)注漿施工技術(shù)研究

孫厚偉

中煤第五建設(shè)有限公司第三程處 江蘇 徐州 221140

井筒二期工程，由于井下永久排水系統(tǒng)尚未形成；因此，在巷道施工過(guò)程中，遇到地層含水層，必須采用工作面探水、預(yù)注漿的方法；本文以主、副井貫通的清理斜巷為例，著重介紹了打鉆、預(yù)注漿施工設(shè)計(jì)及實(shí)施的效果。

1 工程概況及施工情況

越南河林煤炭公司-河林煤礦-50水平以深開采投資建設(shè)工程位于越南廣寧省下龍市河林地區(qū)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力240萬(wàn)噸/年，根據(jù)礦井開拓部署和通風(fēng)安全要求，設(shè)主井、副井和中央風(fēng)井三個(gè)井筒。主井井筒凈直徑5.0m，井口標(biāo)高+75m，井筒全深420m；副井井筒凈直徑6.5m，井口標(biāo)高+75m，井筒全深405m。根據(jù)合同要求，本次主、副井貫通位于兩個(gè)井井底。

主、副井貫通巷斷面為單軌巷道：凈寬3m，凈高3.1m，采用錨網(wǎng)噴+混凝土聯(lián)合支護(hù)。施工長(zhǎng)度110m，主井巷道起始軌面設(shè)計(jì)標(biāo)高-344.78m（絕對(duì)標(biāo)高），坡度16°下山；副井巷道起始軌面設(shè)計(jì)標(biāo)高-329.78m（絕對(duì)標(biāo)高）。

主、副井在井筒施工期間，分別進(jìn)行了工作面探水、預(yù)注漿工作。

從目前施工情況分析，主井井底清理巷道已經(jīng)施工至上山的起坡點(diǎn)，副井井底清理巷道也已經(jīng)施工下山起坡點(diǎn)。主井井底清理巷道在距井中26m位置，巷道涌水量開始逐漸加大，2010年10月18日掘至距井中33m位置，炮后裂隙帶突然涌水，涌水量達(dá)18m3／h；之后施工止?jié){墻，并進(jìn)行了注漿封堵；且隨著巷道延伸，涌水量將有增大的可能性；為確保貫通巷道安全順利施工，在主、副井貫通巷施工前必須進(jìn)行探水、注漿工作。

2 地質(zhì)及水文地質(zhì)

2.1 地質(zhì)概況

根據(jù)井檢孔及地質(zhì)報(bào)告情況推測(cè)：401.5～426m多為砂巖及砂礫巖。

表2 .1 預(yù)測(cè)地質(zhì)柱狀

根據(jù)主井巷道掘進(jìn)實(shí)際揭露情況來(lái)看，巷道目前位于砂礫巖層，縱向裂隙發(fā)育，裂隙開度在100～400mm，中間充填泥質(zhì)物，巖石破碎，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差；副井巷道掘進(jìn)實(shí)際揭露情況來(lái)看，巷道目前位于砂巖層，巖石裂隙發(fā)育，巖石破碎，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差。

2.2 水文地質(zhì)概況

根據(jù)主、副井井筒及相關(guān)硐室探水注漿、掘砌施工時(shí)揭露的涌水量情況，副井馬頭門水平及主井清撒硐室水平水量較大，副井水窩段及主井井底以上段水量較小。

由于該工程項(xiàng)目地質(zhì)、水文地質(zhì)資料較少，僅根據(jù)《河村煤礦-50m深開采報(bào)告》資料，利用“大井”法計(jì)算公式，預(yù)計(jì)巷道施工涌水量：

式中：

Q－－井筒最大涌水量，m3/h

R－－井筒影響半徑，m

r0－－井筒掘進(jìn)半徑，m； r0=η(a+b/4)

H－－靜止水位至潛水層底板深度，m；(依據(jù)報(bào)告) H施工時(shí)的水位降深375×80%

S－－井筒水位降深，m；a、b－－為施工區(qū)巷道的長(zhǎng)和寬

K－－0.0577m/晝夜

S－－井深384～425m，厚度41m

經(jīng)計(jì)算貫通巷預(yù)計(jì)涌水量為59.62 m3/h。

由于前期進(jìn)行了工作面注漿，位于井筒開口處巷道涌水量較小，但隨著巷道的延伸，涌水量不斷增加，目前巷道施工涌水主要集中在主井，涌水主要為裂隙水，出水點(diǎn)集中在幾條大的裂隙，目前裂隙最大涌水量為18m3/h。

3 探水、注漿施工設(shè)計(jì)

在副井巷道工作面向主井方向進(jìn)行下山超前探水、預(yù)注漿工作；利用地面注漿和水泥漿攪拌系統(tǒng)，通過(guò)井筒內(nèi)敷設(shè)的一路φ50×6mm無(wú)縫鋼管作為輸漿管路，輸漿管路與注漿泵和孔口管之間用2″高壓膠管連接，將漿液壓入受注地層，從而封堵地層裂隙水。

3.1 止?jié){巖柱選取及加固

工作面采用止?jié){巖柱作為注漿終壓的檔水墻。

式中：

B—止?jié){巖柱厚度，m

P0—注漿終壓，MPa，取16

S—巖柱斷面積，m2柱，取8.3

λ—過(guò)載系數(shù)，一般取1.1～1.2

L—巷道周邊長(zhǎng)度，m，取10.9

［τ］—巖石允許抗剪強(qiáng)度，MPa，取2

經(jīng)計(jì)算B=7.3m，考慮到地層裂隙等，B取15m。

故預(yù)埋孔口管的長(zhǎng)度選取15m，然后在孔內(nèi)鉆進(jìn)至孔深20m，進(jìn)行注漿加固，使巖柱的抗壓強(qiáng)度達(dá)到注漿終壓。

3.2 鉆孔的布置參數(shù)

巷道斷面布置8個(gè)探水、注漿孔，孔深設(shè)計(jì)100m，鉆孔距井幫500mm，終孔位置距巷道輪廓線外3m。鉆孔布置斷面見圖3-1，探水鉆孔布置參數(shù)見表3.1。

表3 -1 探水鉆孔布置參數(shù)表

圖3 -1 鉆孔布置斷面圖

3.3 注漿壓力

注漿壓力是驅(qū)動(dòng)漿液在裂隙中流動(dòng)、擴(kuò)散、充塞、壓實(shí)的能量，是控制漿液擴(kuò)散距離的重要因素之一。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)取值靜水壓的2～4倍，工作面注漿終壓取16Mpa。

3.4 注漿材料及注漿量

注漿選用單液水泥；單液水泥漿采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，另?yè)饺?.5%食鹽和0.05%三乙醇胺作為外加劑，外加劑起速凝早強(qiáng)作用。

漿液的注入量：

式中：

Q0—注漿段總注入量，m3

Q—每個(gè)鉆孔注入量，m3/孔

R—漿液擴(kuò)散半徑，m，取4

H1—注漿段長(zhǎng)度，m，取100

η—巖層裂(孔)隙率，取3%，

β—漿液在裂隙內(nèi)的有效充填系數(shù)，取0.85

m—結(jié)石率，%，取0.85

λ—漿液消耗系數(shù)，取1.2

N—注漿孔數(shù)目，個(gè)，取8

經(jīng)計(jì)算漿液注入總量為Q0=1447m3；

3.5 埋設(shè)孔口管

根據(jù)鉆孔的布置，在工作面搭設(shè)鉆機(jī)工作平臺(tái)；鉆機(jī)按設(shè)計(jì)的方位、孔徑、傾角調(diào)整好角度固定，并進(jìn)行造孔；鉆機(jī)采用ZDY-1900S型液壓鉆機(jī)配50mm鉆桿及Φ133mm球齒鉆頭造孔，用壓風(fēng)吹凈孔內(nèi)巖粉，緊接著下入長(zhǎng)度15m孔口管，孔口管需露出止?jié){巖柱0.5m；孔口管下到設(shè)定深度并距鉆孔底部留有0.2m空間，調(diào)整角度找正，并在巖面采用錨桿焊接固定；孔口管由Ф108×6mm無(wú)縫鋼管加工而成，孔口管下部車成倒竹節(jié)狀；安裝完成后，采用HBTD30-6-45FB型混凝土泵，從孔內(nèi)壓入C40混凝土砂漿，從鉆孔與孔口管的環(huán)形空間流出，即埋孔口固管完成；待24小時(shí)后，掃孔至進(jìn)入巖石0.2m，進(jìn)行孔口管耐壓試驗(yàn)；采用注漿終壓（16Mpa）進(jìn)行耐壓抗?jié)B試驗(yàn)，壓水20min不漏即為合格，合格后正常鉆進(jìn)，否則注漿加固孔口管直到合格為止；孔口管埋設(shè)合格后，通過(guò)埋設(shè)的孔口管對(duì)20m范圍內(nèi)的巖帽進(jìn)行加固，直至達(dá)到注漿終壓。

3.6 注漿作業(yè)

注漿孔鉆進(jìn)采用ZDY-1900S型液壓鉆機(jī)配50mm鉆桿及Φ75mm球齒鉆頭造孔；注漿采用，地面注漿站和水泥攪拌系統(tǒng)，將地面攪拌好的漿液，通過(guò)注漿泵和井筒內(nèi)敷設(shè)的管路、孔口管、鉆孔，壓入受注地層，從而封堵地層裂隙水

注漿站布置在井口附近，站內(nèi)安裝XPB-90E型液壓注漿泵（最大泵壓260kg/cm2最大泵量190L/min），并設(shè)置清水池、水泥漿攪拌系統(tǒng)。一級(jí)攪拌池利用井口攪拌機(jī)，在井口附近砌筑二級(jí)攪拌池，采用普通Φ108彈簧管將一級(jí)攪拌池內(nèi)漿液放入二級(jí)攪拌池，上料利用現(xiàn)有散裝水泥罐直接上料。地面注水泥漿利用一路φ50×6mm無(wú)縫鋼管作輸漿管路，輸漿管路與注漿泵和孔口管之間用2″高壓膠管連接。

3.6 .1漿液的調(diào)配

單液水泥漿常用的水灰比為2：1，1.5：1，1.25：1，1：1，0.75：1，0.6：1，0.5：1，單液水泥漿配制表見表3.6.1。

表3 .6.1 單液水泥漿配制表

3.6.2 掃孔和復(fù)注

每次注漿結(jié)束后，需停止工作面造孔等工作時(shí)間不少于8小時(shí)，以便注入的水泥漿保壓凝固，之后進(jìn)行掃孔復(fù)注。

3.6.3 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

①各注漿孔的注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓值，注入量小于30～40 L/min，穩(wěn)定20分鐘以上。②注漿結(jié)束時(shí)，漿液的水灰比低于1：1（即1：1漿液或更?。?。③漿液的注入量基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 施工總結(jié)及注漿效果評(píng)價(jià)

通過(guò)40天的打鉆、注漿作業(yè)，造孔進(jìn)尺2400m(掃孔進(jìn)尺4800m)，最大鉆孔涌水量48m3/h，共注入單液水泥漿1526m3，各項(xiàng)注漿標(biāo)準(zhǔn)均達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。在貫通巷施工過(guò)程結(jié)束時(shí)，巷道總涌量為1.2m3/h，堵水效率達(dá)到97.5%。