趙斌

（山西義棠煤業(yè)有限責任公司，山西介休 032000）

巷道過斷層注漿加固堵水技術實踐

趙斌

（山西義棠煤業(yè)有限責任公司，山西介休 032000）

某礦南回風大巷沿9號煤層頂板掘進，9號煤層屬于帶壓開采煤層，該巷道在施工過程中將遇到F3導水斷層，該斷層有可能溝通巷道下部奧灰水。針對此問題，采用工作面預注漿法對斷層破碎帶進行堵水加固。注漿時在單液水泥漿中加入一定量速凝早強劑，改善漿液性能，工作面通過預注漿安全順利通過了斷層。

帶壓開采；導水斷層；預注漿；奧灰水

斷層帶是斷層運動的應力集中部位，由此斷層帶形成了不同于其他部位的特殊地質形態(tài)，其中發(fā)育著一系列密集的破裂面、或者雜亂堆積著由斷層運動形成的巖石碎塊、碎屑及后來充填的斷層泥等物，再加上張節(jié)理、剪節(jié)理等伴生構造，工程地質條件相當復雜[1]。

帶壓開采的礦井，斷層是溝通奧灰水的重要通道，也是煤礦在回采掘進過程中引發(fā)水害的重大隱患，奧陶系灰?guī)r含水層水頭高，壓力大，容易通過斷層破碎帶形成突水，一旦突水，后果不堪設想。井下主要大巷在掘進過程中遇到此類導水斷層而又無法繞行的情況下，一般采用工作面預注漿法提前對斷層破碎帶進行封堵和加固，從而保障礦井的安全生產建設。

1 工程及地質概況

山西某礦設計生產能力0.9 Mt/a，為基建礦井，該礦南回風大巷沿9號煤層頂板掘進，坡度19°，為半煤巖巷，煤厚1.5 m，頂板為堅硬石灰?guī)r，底板為中粒砂巖，巷道斷面為矩形，凈寬5 m，凈高3 m，采用錨噴支護。

在該礦井田內有一層主要含水層，為奧陶系灰?guī)r含水層，靜水位標高+915 m，井田內9號煤層底板標高均低于奧灰水位標高，屬于帶壓開采。9號煤層至奧灰隔水層厚度為47.22～75.72 m。由于隔水層厚度有限，一旦出現(xiàn)導水斷層，奧灰突水的機率就大大增加，會嚴重威脅礦井生產安全。根據(jù)該礦地質資料分析，在井田內分布有6條斷層。其中F3正斷層位于井田中南部，在地表有出露，是井田內落差最大的斷層，二維地震及鉆探工程勘探資料顯示，該斷層走向NE，傾向NW，落差60～100 m，傾角75°，在井田內延伸約2 250 m。根據(jù)礦井初步設計，同時考慮到資源合理開采，南回風大巷必須穿過此斷層。公司邀請各方地質專家進行了資料分析，現(xiàn)場勘測，一致認為F3正斷層將會給礦井生產建設帶來極大的麻煩。

南回風大巷在掘進過程中一直堅持“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則，在巷道掘進至620 m時，施工一探水孔，鉆至40 m時，鉆孔出現(xiàn)涌水，水量達30 m3/h，水壓3 MPa，后經過水質化驗分析，該水樣中含有奧灰水，經過防治水專家和公司技術人員共同論證，該巷道已經接近斷層，決定采用工作面預注漿方法來穿過該導水斷層。

2 注漿方案

根據(jù)目前掌握的地質及水文資料以及現(xiàn)場所觀測的情況，采用工作面預注漿方法，對導水斷層進行注漿堵水加固，同時考慮到巷道服務年限等，具體方案如下：一是斷層破碎帶圍巖壓力大，而矩形斷面承載力不如半圓拱形巷道，因此巷道斷面形狀在此段變更為半圓拱形，采用混凝土砌碹支護，混凝土碹壁后注漿充填密實；二是除第一段注漿孔是在矩形斷面內布置，其余注漿分段注漿孔均在半圓拱形斷面內布置。

3 方案設計

3.1 注漿方式及段長

南回風大巷工作面預注漿采用分段法，段長定為45 m，該段注漿完工后，掘進35 m，再次澆筑止?jié){墻布管進行下一分段注漿施工。每一分段內采用分段前進“齊頭并進”式注漿，段高為5 m，或是鉆孔涌水量大于3 m3/h時，停鉆注漿，反復掃孔，反復注漿，根據(jù)第一段注漿摸索的經驗，再進行注漿段高的調整。

3.2 注漿孔布置

注漿孔均勻布置在巷道凈斷面內，所有注漿孔都是帶有3°～5°徑向角的輻射孔，這樣布孔有助于揭露更多的巖層裂隙，并保證漿液有一定的擴散范圍，矩形斷面注漿鉆孔布置和半圓拱形斷面注漿鉆孔布置見圖1和圖2。

3.3 注漿參數(shù)

擴散半徑:為保證注漿帷幕強度，本次注漿有效擴散半徑設計為10 m，由于本工程屬破碎帶注漿，其裂隙大小，發(fā)育程度等在不同層段、不同方向上差別很大，因此在不同層段、不同方向上擴散距離是不同的，在實際工作中采用不同漿液進行調節(jié)。

注漿壓力:注漿壓力是指注漿時克服漿液流動阻力并使?jié){液擴散一定范圍所需的壓力[2]。注漿壓力大，漿液擴散遠，耗漿量大，會造成浪費，注漿壓力小，漿液擴散近，耗漿量小，有封堵不嚴的可能。注漿堵水加固斷層破碎帶壓力一般為靜水壓力2.0～2.5倍，巷道穿過斷層破碎帶處奧灰水壓力為3.5～4.0 MPa，因此本次注漿設計終壓為10 MPa。

注漿結束標準:為保證注漿堵水和加固質量，每段注漿結束標準為，注漿壓力P≥10 MPa，漿液濃度(水灰比)不小于1∶1，注漿終量Q≤30 L/min，穩(wěn)定時間大于20 min。

3.4 注漿材料

注漿材料選用單液水泥漿和水泥-水玻璃雙液漿兩種漿液。

單液水泥漿水灰比0.8∶1～2∶1，水泥選用P.O.42.5普通硅酸鹽水泥，并加入水泥質量0.5%的氯化鈉和0.05%三乙醇胺，縮短水泥初、終凝時間，提高漿液早期強度。

水泥-水玻璃雙液漿：水泥漿水灰比1∶1，水玻璃模數(shù)2.8～3.1，濃度為30°Be'～35°Be'，C∶S=1∶（0.5～1）。

3.5 注漿設備

MQKJ90/25型潛孔鉆機2臺，2TGZ-90/140型雙液調速注漿泵2臺，LJ-200立式攪拌機2臺，YT-28型氣腿式鑿巖機1臺。

4 注漿施工

4.1 止?jié){墻施工

止?jié){墻采用混凝土澆筑，厚度2m，施工前，將底板掏槽200 mm，兩幫掏槽500 mm，沿頂?shù)装搴蛢蓭痛騼膳佩^桿，采用全錨錨固方式，錨桿規(guī)格20 mmx2 000 mm，間排距1 000 mmx1 000 mm，并用20mm鋼筋將錨桿縱橫連接，澆筑止?jié){墻過程中，預埋1mmx2 200 mm的鋼管，用于注漿加固止?jié){墻。

4.2 孔口管固管注漿。

4.3 鉆孔注漿

按設計注漿段高鉆注注漿孔，注漿孔鉆孔到設計深度后，連接注漿系統(tǒng)，對出水量小的鉆孔進行壓水試驗，出水量大的鉆孔不進行壓水試驗，根據(jù)壓水或出水情況確定漿液起始濃度，如表1所示。

本次注漿以單液水泥漿為主，單液漿濃度原則上是先稀后濃。當鉆孔涌水量小于5 m3/h或者鉆孔進入斷層破碎帶、夾泥帶，單液水泥漿起始水灰比為2∶1，注漿30 min后壓力無變化，調高漿液水灰比為1.5∶1，如果再注30 min仍沒變化，漿液水灰比調整為1∶1，直至注漿結束。如果鉆孔涌水量大于10 m3/h，單液水泥漿起始水灰比為1∶1，注漿30 min后壓力無變化，采用間歇注漿，反復3～5次，如壓力仍無變化，注水泥水玻璃雙液漿，直到達到設計終壓。

注漿孔施工順序：首先從止?jié){墻底部開始，然后兩幫，再到頂部，最后中間。為避免串漿，采用間隔一個孔的順序施工。

注漿程序:鉆孔→壓水試驗→配漿→注漿→調整注漿參數(shù)→注漿結束→沖洗管路及設備→掃孔→復注或下一段鉆進。

4.4 注漿效果檢驗

利用每一注漿分段最后注漿的1～2個鉆孔，在未注漿前的鉆孔涌水量，計算折合成工作面涌水量不超過3 m3/h，經過最后一段注漿后，巷道可以掘進。

5 注漿效果

本次南回風大巷過斷層破碎帶從開始注漿到順利通過共歷時5個月，注漿3段，共消耗水泥1 000 t，水玻璃200 t。斷層破碎帶經過注漿加固堵水后，破碎帶碎石、泥沙完全被漿液膠結成一個整體，大幅度提高了圍巖穩(wěn)定性和承載能力，掘進過程中工作面涌水量最大不超過3 m3/h，保證了巷道的安全順利施工。

6 結束語

實踐證明，合理注漿方案的確定將會給施工過程帶來極大便利，單液水泥漿加早強劑取得不錯的效果。該礦南回風大巷利用工作面預注漿加固堵水技術成功通過了導水斷層，防止了水害事故的發(fā)生，同時克服了以往斷層破碎帶支護困難、巷道圍巖變形嚴重等不利因素，消除了諸多安全隱患，對礦井今后水害防治具有積極的借鑒意義。

[1]胡濱.斷層破碎帶的注漿技術[J].河北建筑科技學院學報，2002，19（2）：77-79.

[2]張永成，董書寧，蘇堅深，等.注漿技術[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，2012.

Reinforcement and Water Sealing Technology with Grouping When Roadway Passing Fault

ZHAO Bin
(Yitang Coal Co.,Ltd.,Jiexiu 032000,China)

In the roof driving along the southern return airway in No.9 coal seam of a mine,as a seam mining above aquifer,the roadway will meet F3 hydraulic conductivity fault in the construction. Additionally,the fault may connect the Ordovician limestone water under the roadway.To solve the problem,the pre-grouting method was used in reinforcement and water sealing for fault broken zone.In the grouting,a certain amount of rapid solidification early strength agent was put into single liquid slurry to improve the slurry property.By the pre-grouting,the working face passed the fault safely and smoothly.

mining above aquifer;hydraulic conductivity fault;pre-grouting;Ordovician limestone water

TD743

A

1672-5050（2015）02-0073-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.023

（編輯：武曉平）

2015-02-07

趙斌（1985-），男，山西介休人，大學本科，助理工程師，從事煤礦水害防治相關技術方面研究工作。