工作面預注漿技術在大斷層含水破碎帶中的應用

楊萬召，陳思如，張京濤

工作面預注漿技術在大斷層含水破碎帶中的應用

楊萬召1，陳思如2，張京濤1

(1.山東黃金集團焦家金礦，山東 萊州縣 261441；2.山東黃金集團新城金礦，山東 萊州縣 261441)

焦家金礦某巷道施工過程中，為了使巷道安全順利通過大涌水、巖石破碎地段，現(xiàn)場采用了工作面預注漿和化學注漿等一系列的關鍵技術工藝，節(jié)省排水和支護費用60萬元/a，解決了大斷層破碎帶涌水問題，避免了巷道與深部裂隙水貫通，也解決了在復雜水文地質(zhì)條件下施工中掘進工作中的不安全隱患，可為我國巷道工作面預注漿技術過大斷層含水破碎帶提供實踐經(jīng)驗。

工作面預注漿;大斷層;含水破碎帶;礦壓顯現(xiàn)

1 工程地質(zhì)水文情況

焦家金礦某巷道是連接焦家分礦和寺莊分礦兩個礦區(qū)的運輸通道，該巷道巖石硬度系數(shù)=6～12，松散系數(shù)1.6，礦巖體重2.68 t/m3。在巷道掘進過程中，多次出現(xiàn)大范圍出水，在施工過程中曾出現(xiàn)300 m3/h大量出水，因為該地區(qū)未進行地質(zhì)勘探，難以確定該區(qū)域的水文地質(zhì)情況，因此需要根據(jù)現(xiàn)場情況進行現(xiàn)場實勘[1]。

2017年8月20日，巷道迎頭周邊基本上沒有水，但在巷道后方多處出現(xiàn)淋水點。采用浮標法測其整個巷道涌水量為500 m3/h。

2017年8月30日，迎頭水量增大，采用浮標法水量為560 m3/h。隨著工程的掘進水量有增大的趨勢。

根據(jù)施工前情況，該巷道巖溶和巖溶水發(fā)育異常。該巷道位于焦家分礦運輸大巷，運輸大巷承擔著整個焦家分礦深部礦毛運輸，是整個礦山咽喉的部位。該巷道富水區(qū)大量排水將會引起焦家分礦運輸癱瘓，排水費用增大，施工難度增加，也可能引起局部人員財產(chǎn)損失。為了減少該巷道施工通過運輸巷道及其周圍環(huán)境的影響。針對該巷道高壓富水區(qū)采取了“工作面預注漿工藝，限制水排放”的施工原則[2]。

2 方案措施

2.1 注漿方案的確定

（1）采用探水注漿方案：利用YQ-100B潛孔鉆進行超前探水，采用以長探為主、短探為輔的方式進行探水注漿堵水。

（2）為了加快速度，工作面可以同時支撐2個鉆機和2個灌漿機。

（3）逢掘必探，但鉆孔無水或水量小于2 m3的可不注漿[3]。

（4）可先在中心位置打一個探水鉆孔，若見水，再向兩幫和四角加孔。無水時，中心位置鉆孔可作為掏槽孔的自由面。

（5）鉆孔時記錄清楚?？吹剿懦龊?，進行注漿，然后重復施工，再次繼續(xù)鉆孔。

（6）破碎裂隙發(fā)育地段，頂板加密鉆孔。同時漿液變稀，并改用無極變速注漿機，使?jié){液充分填進裂隙。相當于砌碹，可增加圍巖穩(wěn)固性，也可做到破碎地段不支護U型鋼。

（7）工作面提前注漿，一是能有效治理后期出水，二是增加圍巖的穩(wěn)定性。減少了支護成本，不僅少用了U型鋼，而且后期噴漿施工過程中噴漿料不反彈或少反彈（因為頂板有水噴漿料不粘）。

2.2 注漿孔布置

鉆孔布置按工程所處的區(qū)域而定，分正常地段和特殊地段2種。

正常地段：采用長探方式進行超前探水，一個探水回次布置8個探水鉆孔，首先沿巷道掘進方向布置探水鉆孔，主要是檢測施工方向的前方，孔深設計為50 m；一個探水鉆孔與正方向鉆孔上傾角度20°～30°，設計孔深50 m，探測頂板上方；一個探水鉆孔與正方向鉆孔下傾角度20°～30°，設計孔深50 m，探測巷道底板下方。若有水，再向兩幫加孔。

特殊地段：迎頭前方頂板破碎，裂隙，淋水點較多區(qū)域，增加了短距離勘探。采用長距離勘探和短距離勘探相結(jié)合的方式進行工作面超前探水，并設置了1個探水工作面，工作面設有5個探水孔。深孔布置在掌子面的中心位置[4?5]，方位與巷道的軸線一致，沿巷道掘進方向施工，主要是檢測巷道施工方向的正前方含水情況，設計孔深為50 m；其余鉆孔布置在掌子面四周，與巷道中心線夾角30°左右，主要探測掌子面周圍，設計孔深5 m，若破碎裂隙發(fā)育地段，也可在頂板增加4~8個深鉆孔進行注漿，填充裂隙，起到砌碹的作用，加強支護。鉆孔布置參見圖1。

圖1 現(xiàn)場鉆孔布置

2.3 注漿材料

通過桶式攪拌機攪拌漿料[6]。將漿料均勻攪拌，然后送入漿料罐。漿液配置見表1。

2.4 注漿工藝

使用分段注漿工作面過程中，鉆一段長度，根據(jù)鉆孔出水程度采用相應的注漿方法。在確定漿料初始濃度時，根據(jù)壓力變化及時控制泵輸送量，調(diào)節(jié)漿料濃度和凝固時間，并重新調(diào)整壓力值。在達到最終壓力和最終量之前避免出現(xiàn)大的波動，并穩(wěn)定超過20 min。在注漿過程中，當注入一定濃度的漿料20~30 min時，漿料濃度不降低或壓力不升高，應相應地增加等級漿料濃度。當漿液濃度提高到水灰比0.6:1仍未看到增壓時，應更換雙漿液。在水壓試驗中，當泵容量達到60 L/min且泵壓仍然很低或沒有壓力時，應改變注漿材料，將其改為雙液漿。如果壓力迅速上升，減少也很快，應當更換漿料濃度，通常持續(xù)20 min，并在達到注漿結(jié)束標準時完成注漿。在完成孔管的耐久性試驗后，按照施工順序依次進行施工，并用100 mm鉆頭依次施工灌漿孔。在灌漿孔施工期間，如果鉆孔中的水量達到5 m3/h，則立即停止施工，并根據(jù)現(xiàn)場情況決定是否拔出鉆頭[7?8]，然后關閉閥門，將注漿管連接到注漿罐中，注漿完畢，進行清掃繼續(xù)鉆孔，重復上述操作，直至鉆到設計深度。如果鉆孔中的水量小于5 m3/h，則直接鉆到設計深度，然后反復注漿，以達到規(guī)定的治水標準。

2.5 注漿參數(shù)

灌漿參數(shù)主要根據(jù)現(xiàn)場設計加固范圍和實際運行經(jīng)驗選擇。本段加固范圍為工作面前方50 m，主要參數(shù)見表2。

表1 漿液配制

表2 主要參數(shù)

2.6 注漿順序

攪拌系統(tǒng)攪拌漿料之后，通過注漿泵，漿料管和注漿管將漿料注入巖層中。接通漿液管路→加壓試驗→灌漿加壓→水沖洗管路→拆卸和灌漿泵→檢查注漿質(zhì)量。

3 注漿效果

2017年12月6日至12月16日，對巷道的整個工作面進行提前預注漿技術，歷時10 d，注漿工作全部完成后，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)巖溶裂隙水完全堵塞，阻水效果非常好。在隨后的開挖中，巖壁干燥無水，有效堵塞了裂縫水，斷裂帶封堵明顯增強。效果對比見圖2，實踐證明，采用全斷面工作面預注漿堵水的治水方案是可行的，具有可靠的借鑒意義。

圖2 工作面注漿效果對比

3 結(jié) 論

該巷道工程穿過含水斷層破碎帶，揭露范圍較大，裂隙發(fā)育且含水量大，多次出現(xiàn)單點涌水量大于200 m3/h，給巷道施工造成了較大影響，是該巷道施工的最大難點。為此，工程技術人員通過全面研究和實踐，利用工作面預注漿和一系列相關配套關鍵技術，在保證安全的前提下，為了快速通過含水破碎帶，對巷道進行工作面預注漿技術。實踐表明，該技術的應用不僅起到了堵水、加固、充填裂隙的作用，而且增加了破碎圍巖的自身強度和整體穩(wěn)定性。

（1）本次工作面預注漿工程共施工鉆孔8個，總進尺520 m，注水泥120 t，注砂100 m3，注水玻璃15 t。

（2）本次注漿堵水施工過程中雖然跑漿，但是跑漿量仍然是少數(shù)，估計不超過10%；工作面預注漿之后巷道不僅巖石相對穩(wěn)固，涌水基本消失，節(jié)省排水以及支護費用60萬元/a。

[1] 邱 剛,陳 哲,徐 波.井壁加固技術在立井井筒工作面預注漿中的應用[J].山東煤炭科技,2015(4):12-14.

[2] 唐素芳.隧道全斷面注漿治水施工技術[J].西南公路.

[3] 孫祥德,陳燦亭,何振偉.立井井筒工作面預注漿施工技術[J].科技信息(科學教研).

[4] 楊永華.新田煤礦回風斜井巖溶治理[J].經(jīng)營管理者.

[5] 張紹秋.大梁山隧道全斷面注漿技術探析[J].中國水運(下半月).

[6] 王全勝,李治國,鄒 翀,劉澤民.圓梁山隧道全斷面注漿技術[J].鐵道建筑.

[7] 李萬濤,閆滿志,劉天林,王 磊.田興鐵礦斜坡道東硐口反向掘進技術研究[J].河北冶金.

[8] 熊國清,郭雙揚,緱鵬飛.淺談導水斷層工作面預注漿在龍泉煤礦北一回風大巷中的應用[J].建井技術.

(2019-03-04)

楊萬召(1993—)，男，山東萊州人，采礦助理工程師，學士，主要從事采礦工程方面研究工作，Email：lixiao- fei1987@163.com。