注漿堵漏技術(shù)在井下防水中的應(yīng)用研究

張志偉

（同煤集團(tuán)永定莊煤業(yè)公司，山西 大同 037003）

永定莊煤業(yè)307 盤區(qū)8103 綜采面走向近似NW-SE，煤層的平均傾角為3.9°，煤層的平均厚度為4.0 m，煤層結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，屬于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單型煤層，其平均抗壓強(qiáng)度約為386.2 MPa，普氏系數(shù)為2.6～4.0。井下上覆為原11-12#層8701 綜采采空區(qū)，巷道掘進(jìn)過(guò)程中已施工探放水孔4 個(gè)，探測(cè)到原11-12#層8701 綜采采空區(qū)低洼處無(wú)積水。巷道掘進(jìn)過(guò)程中0～120 m 為14#層，與12#煤層層間距9.3～14.1 m；120～350 m 為11#、12#煤層分叉區(qū)，層間距4～0.8 m；350～880 m 為11#、12#煤層合并區(qū)，與上分層采空區(qū)間距3.2～1.0 m。上分層采空區(qū)由泥巖、砂巖構(gòu)成，其中存在著大量的積水，且該積水區(qū)域和地下暗河相通，屬于典型的富水區(qū)域。

8103 綜采面的長(zhǎng)度約為571 m，巷道的斷面為半圓拱形，斷面的寬度為4.3 m，斷面的高度為3.2 m。巷道的表土段采用混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)，在基巖位置采用錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)。在井下巷道圍巖裂隙處存在著嚴(yán)重的滲水現(xiàn)象，滲水段的長(zhǎng)度超過(guò)了100 m。通過(guò)對(duì)該處地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘察，其漏水的原因在于圍巖處和支護(hù)處存在著較多的裂紋，裂紋直通頂板上采空區(qū)域的積水層。為了徹底對(duì)滲水區(qū)域進(jìn)行處理，礦山安全小組對(duì)多種堵漏方案進(jìn)行了研究，最終確定采用注漿堵漏的技術(shù)方案，對(duì)其應(yīng)用工藝和施工過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，根據(jù)應(yīng)用結(jié)果表明注漿堵漏技術(shù)能夠有效解決巷道圍巖裂隙滲水的問(wèn)題，具有堵漏效果好、成本低的優(yōu)點(diǎn)，能夠極大地提升井下綜采作業(yè)的安全性。

1 注漿堵漏工藝方案

根據(jù)煤礦井下實(shí)際地質(zhì)條件，結(jié)合對(duì)堵漏經(jīng)濟(jì)性的分析，決定采用在巷道圍巖兩側(cè)通過(guò)二序布孔[1]的工藝方案進(jìn)行注漿堵漏。首先設(shè)置注漿孔，然后向孔內(nèi)注入水泥漿料及補(bǔ)強(qiáng)型防滲漏材料，用于對(duì)開(kāi)裂的縫隙進(jìn)行封堵。水泥注漿料具有成本低的優(yōu)點(diǎn)，但顆粒度較大且凝固時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法有效地對(duì)微縫隙泄漏孔進(jìn)行封堵，也無(wú)法對(duì)大的漏點(diǎn)進(jìn)行快速封堵。補(bǔ)強(qiáng)型防滲漏材料具有凝固速度快、密封性好的優(yōu)點(diǎn)，但成本相對(duì)較高。因此為了在確保堵漏可靠性的條件下盡量降低堵漏成本，采用了水泥漿料密封和補(bǔ)強(qiáng)型防滲漏材料密封相結(jié)合的方案[2]。補(bǔ)強(qiáng)型防滲漏材料主要用于封堵巖層深處的細(xì)微裂紋及水流量較大的孔洞，水泥漿料密封主要用于對(duì)壁厚較大的裂紋及水流量較小的孔洞進(jìn)行密封。水泥注漿料選擇42.5 號(hào)的硅酸鹽水泥材料，水灰比按1:4 控制。補(bǔ)強(qiáng)型防滲漏材料為雙組分材料，在混合時(shí)兩種材料的質(zhì)量比為1:1，在攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行充分混合。

為了確保注漿時(shí)的連續(xù)性和注漿效率，采用了ZBQ-50/6 型空氣高壓泵。該注漿泵的最大排量為50 L/min，進(jìn)氣口的壓力約為0.6 MPa，電機(jī)的功率約為11 kW。漿料混合的攪拌機(jī)采用了JB-200L 的攪拌器，其容積約為200 L，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率約為560 kW，注漿時(shí)的孔口管采用了直徑為46 mm 的無(wú)縫鋼管，其長(zhǎng)度約為1500 mm。在進(jìn)行注漿時(shí)，通過(guò)注漿泵的作用將混合流體注入到補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域，然后向四周擴(kuò)散，并滲透到圍巖內(nèi)部的縫隙內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)圍巖內(nèi)部裂隙的有效封堵。

2 井下注漿施工

在對(duì)煤礦井下8103 綜采面地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析后，確定采用分二序布孔方案，其中一序布孔孔深為2000 mm，各注漿孔的距離同樣設(shè)計(jì)為2000 mm，用于實(shí)施水泥漿料密封。第二序布孔采用的孔深為3000 mm，各注漿孔的間距設(shè)置為2000 mm，用于實(shí)施補(bǔ)強(qiáng)型防滲漏材料的注漿封堵。

注漿時(shí)按照先對(duì)圍巖兩側(cè)注漿，然后再兩幫底部自下而上逐漸噴淋的方案，避免在注漿過(guò)程中注漿料被沖刷掉。二序布孔呈梅花型相互交叉沿著圍巖布置[3]，注漿區(qū)域的長(zhǎng)度約105 m，共設(shè)置鉆孔210 個(gè)，分為30 組，每組7 個(gè)注漿孔，其結(jié)構(gòu)分布如圖1。

圖1 二序布孔結(jié)構(gòu)示意圖

在注漿施工的過(guò)程中，根據(jù)施工的難易順序，首先采用風(fēng)鉆進(jìn)行注漿孔鉆進(jìn)，在鉆進(jìn)的過(guò)程中同步準(zhǔn)備注漿材料，并進(jìn)行設(shè)備的安裝和接頭。注漿料準(zhǔn)備完成后進(jìn)行高壓洗孔，之后進(jìn)行注漿及清理。

3 井下注漿核心控制點(diǎn)

在注漿過(guò)程中，首先根據(jù)注漿孔的直徑和注漿距離，設(shè)置注漿流量為55 L/min，根據(jù)注漿的時(shí)間，設(shè)置注漿料中漿液水灰比為1:3，然后開(kāi)始注漿。注漿過(guò)程中需根據(jù)水泥注漿料和補(bǔ)強(qiáng)型防滲漏材料的不同特性進(jìn)行專門的注漿工藝流程設(shè)置，先高壓洗孔然后注漿，最后再進(jìn)行清理。當(dāng)注漿料進(jìn)入到含水層巖壁的裂縫后，操作人員根據(jù)注漿料的壓力情況進(jìn)行控制，保證注漿過(guò)程中注漿壓力的一致性，確保注漿料能夠填實(shí)孔洞[4]。

在注漿的過(guò)程中為了避免出現(xiàn)管路在高壓情況下的泄漏現(xiàn)象，當(dāng)管路連接好后將泄?jié){閥打開(kāi)，然后通入清水進(jìn)行管路試壓。在管路內(nèi)通入6 MPa 的工作壓力，對(duì)管路進(jìn)行保壓10 min 的試驗(yàn)，確保各處無(wú)漏水，保壓完成后進(jìn)行注漿。注漿過(guò)程中需要重點(diǎn)注意跑漿現(xiàn)象，避免注漿壓力過(guò)大導(dǎo)致的鼓起現(xiàn)象，必要時(shí)候可采用間歇注漿的方式進(jìn)行操作。

在采用水泥注漿的過(guò)程中，應(yīng)首先在攪漿桶里進(jìn)行攪拌處理，然后將攪拌完成的水泥漿料傳輸?shù)絻?chǔ)漿桶內(nèi)，通過(guò)注漿泵、傳輸管道、控制閥等注入到巖壁內(nèi)的裂隙處。在注漿結(jié)束后控制系統(tǒng)，加入清洗劑和清水對(duì)管路進(jìn)行沖洗，確保管路不被堵塞。在采用水泥注漿料時(shí)為了確保堵水的可靠性，首先采用速凝型堵水材料進(jìn)行預(yù)處理。當(dāng)采用補(bǔ)強(qiáng)型防滲漏材料時(shí)，直接在攪拌桶里進(jìn)行攪拌并采用注漿泵傳輸?shù)蕉侣┨帯?/p>

8103 綜采面的井下堵漏共使用水泥注漿料17 t，補(bǔ)強(qiáng)型防滲漏材料9.5 t，速凝型堵水材料1.4 t，堵漏后的滲水量由最初的7.27 m3/h 降低到0.11 m3/h，取得了極好的堵漏效果，目前已在井下取得了極好的應(yīng)用效果。

4 結(jié)論

針對(duì)永定莊煤業(yè)井下巷道圍巖裂隙滲水嚴(yán)重，給井下綜采作業(yè)安全造成嚴(yán)重影響的現(xiàn)狀，提出了一種注漿堵漏技術(shù)方案，對(duì)注漿堵漏原理、施工方案和注漿效果等進(jìn)行了分析，對(duì)注漿堵漏工藝方案和注漿堵漏核心控制點(diǎn)進(jìn)行了分析，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

（1）采用水泥漿料密封和補(bǔ)強(qiáng)型防滲漏材料密封相結(jié)合的方案，能夠確保在堵漏可靠性的條件下盡量降低堵漏成本；

（2）井下注漿施工采用分二序布孔方案，注漿時(shí)按照先對(duì)圍巖兩側(cè)注漿，然后再兩幫底部自下而上逐漸噴淋的方案，避免在注漿過(guò)程中注漿料被沖刷掉；

（3）8103 綜采面井下堵漏共使用水泥注漿料17 t，補(bǔ)強(qiáng)型防滲漏材料9.5 t，速凝型堵水材料1.4 t，堵漏后的滲水量由最初的7.27 m3/h 降低到0.11 m3/h，取得了極好的堵漏效果。