胡文武 ,王緒勝

（山東省兗州市大統(tǒng)礦業(yè)有限公司 ，山東 兗州 272100）

宏陽煤礦東翼運(yùn)輸大巷底板出水后，研究分析出水區(qū)域水文地質(zhì)情況、判斷出水水源，并有針對(duì)性的制定堵水方案，按出水水壓、巷道的高度、寬度等參數(shù)設(shè)計(jì)科學(xué)合理的擋水墻，并提出擋水墻的施工要點(diǎn)，擋水墻凝固后通過注水泥漿、水泥－水玻璃雙液漿進(jìn)一步加固擋墻、封堵導(dǎo)水裂隙，使擋水墻及周邊圍巖不漏水，然后通過預(yù)埋在擋水墻上的注漿管注水泥漿，最終封堵了大巷突水。

1 大巷突水情況

圖1 東翼運(yùn)輸大巷平、剖面圖

2014年11月23日宏陽煤礦東翼運(yùn)輸大巷迎頭后約2m～10m巷道底板裂隙突然出水，水量約700 m3/h。加之礦井其它地點(diǎn)出水，礦井總出水量達(dá)到1400m3/h，中央水倉(cāng)排水能力基本達(dá)到極限，大巷出現(xiàn)積水，井下各迎頭立即停止施工，經(jīng)半月觀測(cè)出水量基本穩(wěn)定。

2 突水區(qū)地質(zhì)情況

運(yùn)輸大巷迎頭揭露巖石主要為泥巖、粉砂巖，在距巷道底板2.6m處揭露15中煤，巖層總體為后傾6°左右，巷道平、剖面圖如圖1所示，出水點(diǎn)附近沒有揭露斷層。

運(yùn)輸大巷迎頭底板距十下灰?guī)r較近（最近為約13m）。礦區(qū)十下灰厚度0.80m～6.38m，平均5.12m，巖溶裂隙比較發(fā)育，多被方解石充填，十下灰為16煤層的直接頂板，是采下組煤的直接充水含水層。據(jù)本區(qū)抽水試驗(yàn)資料，單位涌水量0.01958 L/s?m～0.6328L/s·m，屬于中等富水性。運(yùn)輸大巷出水位置北偏東76.8m處有1個(gè)B5-2鉆孔，鉆孔顯示十下灰分為1.64m和4.4m兩層，中間被13.45m巖漿巖侵入。

3 突水水源分析

對(duì)巷道突水水源研究分析如下：

1）由出水點(diǎn)巷道距十下灰?guī)r最近為13m左右，由原鉆探資料分析十下灰水水壓為4.5 Mpa。經(jīng)計(jì)算運(yùn)輸大巷迎頭附近的突水系數(shù)超規(guī)定，十下灰突水危險(xiǎn)性較大。

2）東翼運(yùn)輸大巷出水后取水樣化驗(yàn)了2次，從水樣各項(xiàng)指標(biāo)分析判斷出水水源為十下灰水。

3）對(duì)地面的T8號(hào)奧灰水文孔進(jìn)行了觀測(cè)，T8水文孔連續(xù)觀測(cè)6次，水位僅下降了0.03m，從水位變化來分析十下灰水可能與奧灰水有間接水力聯(lián)系。

由上述資料分析，運(yùn)輸大巷為十下灰含水層出水，水量豐富。十下灰含水層可能與奧灰水有間接水力聯(lián)系。

4 堵水初步方案

運(yùn)輸大巷出水點(diǎn)附近巷道底板破壞出現(xiàn)較大裂縫，直接打鉆注漿達(dá)不到注漿堵水的效果，對(duì)照實(shí)測(cè)剖面圖分析迎頭后約24m處為粉砂巖,巖石較完整、強(qiáng)度較大，決定在該處施工擋水墻，對(duì)擋水墻及周邊圍巖注漿封堵導(dǎo)水裂隙，并經(jīng)過憋水試驗(yàn)擋水墻合格后，向擋水墻內(nèi)注水泥漿封堵出水及導(dǎo)水裂隙，具體方案如下。

4.1 擋水墻的設(shè)計(jì)及施工

4.1.1 擋水墻的初步設(shè)計(jì)

由于平面型擋水墻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，此處選用平面型混凝土擋水墻，砼等級(jí)C40。擋水墻厚度按《注漿技術(shù)》[1]中公式確定：

式中：B為混凝土擋水墻厚度，2.5m；K0為安全系數(shù)，取 1.4－1.5；ω 為作用在墻上的全荷重，kg；ω=PF；

F為混凝土止?jié){墻面積，取掘進(jìn)巷道荒斷面16.6m2；P為注漿終壓，取2倍靜水壓力9MPa；b為巷道寬度，4.6m；h為巷道高度，4.0m；[σ] 為混凝土允許抗壓強(qiáng)度，40MPa。

依據(jù)上式擋水墻厚度：B=1.5×(9×16.6×4.6/(2×4.0×40))1/2=2.2(m)。

擋水墻設(shè)計(jì)厚度為2.5m。為增加擋水墻穩(wěn)定性，底部加寬至5.5m，擋水墻底部高1.1m，擋水墻兩端使用紅磚筑模，兩墻厚度均為0.5m。擋水墻四周開槽深0.8m，內(nèi)綁扎有兩層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)與周邊錨桿連接，擋水墻全部澆筑C40混凝土。擋墻內(nèi)埋管共6根，其中導(dǎo)水管2根（直徑分別為377mm、325mm），注漿管3根（直徑為60mm），觀測(cè)管1根（直徑為89mm）。

4.1.2 擋水墻的施工要點(diǎn)

為方便擋水墻施工，在擋水墻內(nèi)側(cè)巷道內(nèi)用黃泥袋打設(shè)一道約2m的圍堰，將2根導(dǎo)水管安設(shè)在圍堰下部，讓出水從導(dǎo)水管中流出，擋水墻施工位置不再有流水或積水，有利于施工環(huán)境改善和施工質(zhì)量的提高。擋水墻基本按設(shè)計(jì)施工，底部開槽深度加至1m，施工圖詳見圖2所示。

圖2 擋水墻施工平、剖面圖

4.2 擋水墻及周邊注漿加固設(shè)計(jì)及施工

4.2.1 擋水墻及周邊注漿加固設(shè)計(jì)情況

1）擋水墻凝固120小時(shí)后進(jìn)行注漿加固擋墻，先對(duì)擋墻上部及下部打眼注漿封堵裂隙，眼間距0.5～1m左右（可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整）。

2）施工工藝：風(fēng)錘或錨桿鉆機(jī)造孔（孔徑Φ42mm或Φ32mm，孔深1m）→安裝孔口管→安設(shè)高壓閥門→關(guān)閉閥門并連接好注漿設(shè)施→打開閥門→開啟注漿泵注雙液漿→關(guān)閉閥門→換孔。

3）注漿參數(shù):注漿壓力不大于3MPa，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定；根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整雙液漿濃度。當(dāng)單孔單次注漿量大于20m3，采用間歇式注漿方式終孔。水泥選用42.5普通硅酸鹽水泥。水玻璃選用液體硅酸鈉型、濃度為35～45濃美度。

4）擋水墻質(zhì)量檢驗(yàn)：擋水墻達(dá)到設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度后再?gòu)南轮辽洗我来侮P(guān)閉閥門檢驗(yàn)擋水墻是否漏水，安裝的閥門及接頭處是否漏水，如若擋墻漏水較嚴(yán)重時(shí)先疏放擋水墻內(nèi)高壓水，再繼續(xù)注漿封堵裂隙，更換漏水的閥門。

5）擋水墻合格標(biāo)準(zhǔn)：關(guān)閉所有閥門待壓力表顯示壓力不再增加，30分鐘左右后擋水墻沒有漏水點(diǎn)，安裝的閥門及接頭處不漏水時(shí)，視為擋墻加固合格，準(zhǔn)備進(jìn)行擋墻內(nèi)注漿。

4.2.2 擋水墻及周邊注漿施工情況

注漿孔總計(jì)57個(gè)，鉆孔總長(zhǎng)度158m，使用套管總長(zhǎng)91m，注漿用水泥12.9t。其中：第一次注漿加固，打注漿孔40個(gè)，孔深2～2.5m，下套管1m，注漿用水泥8.8t；第二次注漿加固，共施工17個(gè)鉆孔，孔深3.5m～5m，均下3m套管，用水泥4.1t。

4.3 擋水墻內(nèi)注漿設(shè)計(jì)及施工情況

4.3.1 擋水墻內(nèi)首次注漿設(shè)計(jì)情況

1）注漿施工準(zhǔn)備工作。注漿地點(diǎn)附近安裝電話，現(xiàn)場(chǎng)要有備用閥門、墊子、高壓管、高壓閥門等，注漿設(shè)備、材料準(zhǔn)備到位，有備用注漿設(shè)備，注漿材料能隨時(shí)補(bǔ)充，保證連續(xù)注漿。

2）漿液材料采用單液水泥漿，封孔時(shí)可用水泥一水玻璃雙液漿。水泥選用42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為2：1～0.6:1。水玻璃選用液體硅酸鈉型、濃度為35～45濃美度。水泥-水玻璃雙液漿配比：1:0.3；1:0.4（體積比）。

3）利用埋管對(duì)墻體內(nèi)進(jìn)行注漿，直接注濃水泥漿，根據(jù)實(shí)際注漿情況調(diào)整注漿濃度。

4）注漿順序?yàn)閺南轮辽?，先注迎頭附近插入底板出水點(diǎn)的1號(hào)注漿孔，其次注迎頭附近中部2號(hào)注漿孔，再次注迎頭附近上部的3號(hào)注漿孔。最后注擋水墻最上部4號(hào)觀測(cè)孔，為加快注漿速度，減輕擋水墻壓力，注漿時(shí)其它導(dǎo)水管、注漿管可放水，當(dāng)出現(xiàn)跑漿時(shí)再關(guān)閉閥門。

5）注漿時(shí)終壓初步定為7.5MPa。

6）注漿量預(yù)計(jì)為450t，計(jì)算如下：

注漿空間=巷道長(zhǎng)×斷面=29×16=464m3；填空間使用水泥=464×756=350t；考濾水泥充填裂隙取1.3系數(shù)，預(yù)計(jì)注漿水泥量=350×1.3=450t。

4.3.2 擋水墻內(nèi)注漿施工情況

東翼運(yùn)輸大巷首先將導(dǎo)水管閥門關(guān)閉，打開注漿孔放出內(nèi)部空氣，待注漿孔出水后關(guān)閉。關(guān)閉后錨索和頂板有少量滲水，憋壓試驗(yàn)檢驗(yàn)擋水墻合格?，F(xiàn)場(chǎng)具備注漿條件，開始對(duì)東翼運(yùn)輸大巷擋水墻內(nèi)注漿，擋水墻內(nèi)水壓3MPa，注漿壓力3.7-3.8MPa，連續(xù)注漿共用水泥328.55t左右。因相臨的軌道大巷出水量增加而停止注漿，水量穩(wěn)定后進(jìn)行第二次注漿，注漿用水泥93.5t，擋水墻內(nèi)共注漿使用水泥422.05噸，注漿終壓調(diào)整至10MPa，注漿總量基本與設(shè)計(jì)注漿量一致。

5 堵水技術(shù)要點(diǎn)分析

1）擋水墻要避免在斷層帶附近、圍巖裂隙發(fā)育帶、巷道密集區(qū)域等位置施工，如與其它巷道出水可能連通時(shí)，擋水墻設(shè)計(jì)要統(tǒng)一考慮。

2）擋水墻附近巷道的防水巖柱較小時(shí)，可提前注漿加固巖柱，同時(shí)采用加打錨索、支設(shè)支柱等方式適當(dāng)加強(qiáng)巷道支護(hù)，防止擋水墻憋水試驗(yàn)或注漿期間壓壞巷道。

3）擋水墻正上方溝槽內(nèi)不易澆筑，澆筑不實(shí)時(shí)易出水，從而影響擋水墻施工質(zhì)量，可采用預(yù)埋注漿管或打設(shè)注漿孔重點(diǎn)注漿加以解決。

4）關(guān)閉閥門檢驗(yàn)擋水墻質(zhì)量時(shí)要從下至上次依次關(guān)閉閥門，上部未關(guān)閉閥門可排出擋水墻內(nèi)空氣，不可同時(shí)關(guān)閉所有閥門。

5）關(guān)閉閥門檢驗(yàn)擋水墻質(zhì)量時(shí)導(dǎo)水管出口正后方嚴(yán)禁有人或設(shè)備，確保導(dǎo)水管閥門完好，上方支護(hù)有效。擋水墻周邊出現(xiàn)巷道變形或出水時(shí)要立即打開閥門將擋水墻內(nèi)高壓水放出。

6）擋水墻施工地點(diǎn)要采用提前打圍堰的方法改善施工環(huán)境，避免施工位置有流水或積水，從而影響施工質(zhì)量。

7）擋水墻內(nèi)注漿時(shí)要連續(xù)，否則可能出現(xiàn)堵塞注漿管情況。終壓根據(jù)出水點(diǎn)水壓綜合確定，一般為水壓的2倍。

8）擋水墻澆筑混凝土?xí)r要搗實(shí)、充分震動(dòng)，且連續(xù)澆筑，如中斷在接縫處可能漏水，影響施工質(zhì)量。擋水墻澆筑混凝土后按規(guī)定要養(yǎng)護(hù)好，確?；炷翉?qiáng)度。

6 主要結(jié)論

通過運(yùn)用擋水墻注漿堵水技術(shù)成功的封堵了宏陽煤礦東翼運(yùn)輸大巷迎頭后水壓4.5MPa、水量700 m3/h的底板裂隙出水，每月節(jié)約排水費(fèi)用約90萬元，同時(shí)解除了大巷出水對(duì)礦井安全的威脅，恢復(fù)了礦井的生產(chǎn)建設(shè)，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

實(shí)踐證明擋水墻注漿堵水技術(shù)可廣泛用于礦井巷道高水壓、大水量突水的處理和封堵，對(duì)礦井突水的處理和控制具有重要的借鑒意義。