于文杰

（同煤集團云岡礦，山西 大同 037003）

同煤集團云岡礦明斜井井筒設(shè)計全長1377.2m，井筒開口標高為+116.0m，井底落底標高-232.7m。其中表土段長209.6m，半圓拱形斷面，凈寬5600mm，凈高4100mm，凈斷面積為19.6m2，采用36 U 型鋼混凝土聯(lián)合支護，間排距500mm，混凝土壁厚450mm，強度等級C25。基巖段長1167.6m，錨網(wǎng)噴支護。明斜井井筒通過鐵路、老巷、老空等復(fù)雜地段，水文地質(zhì)情況相當復(fù)雜，給施工帶來了很大困難。針對這一情況進行明斜井過老巷老空水防治技術(shù)的研究。

1 過老巷老空水防治方案整體設(shè)計

結(jié)合云岡礦目前的施工方法，針對明斜井過老巷老空水采用排、堵結(jié)合的防治方案進行治理。

隨著工作面延深采用超前探放水，提前將老巷、老空水放出，在明斜井設(shè)計巷道左右兩側(cè)約6m 寬采空區(qū)內(nèi)進行注漿堵水，形成一道寬約18.5m 的帷幕注漿走廊。每次注漿長度為15m，形成無水區(qū)后再掘進。掘進前首先進行預(yù)注漿效果檢驗，檢驗合格后方可施工，依次循環(huán)穿過采空區(qū)。

該防治方案的優(yōu)點：老巷至采空區(qū)段積水已排盡，無水壓威脅。超前堵水有成熟經(jīng)驗，可行性強，安全施工有保證，但是注漿邊界較難控制，在施工中必須進行控制。依排、堵結(jié)合方案，在明斜井穿過采空區(qū)內(nèi)、明斜井巷道頂板距采空區(qū)巷道底板垂高5m 范圍內(nèi)進行帷幕注漿，將采空區(qū)坍塌內(nèi)裂隙用漿液充填實，形成一道預(yù)注漿走廊，達到堵水隔水目的。采空區(qū)注漿段總長50m，按每次注漿長度為15m、留5m 超前距計算，共需5 個循環(huán)。

2 掘進施工方案的設(shè)計

2.1 有掘必探先探后掘

過老巷、老空時采用風鎬配合小型挖掘機挖掘施工，永久支護形式為36 U 型鋼金屬支架+砌碹，金屬支架棚距500mm，砌碹厚度450mm。掘進500mm 后及時架設(shè)金屬支架進行支護，砌碹段距掘進工作面不得超過2m。掘進過程中按要求進行長探，探明明斜井下部地質(zhì)構(gòu)造并進行超前探放水施工。一次探長30m，留超前距不低于20m。

2.2 工作面管棚預(yù)注漿

探放水施工后，穿越過老巷道時需進行工作面管棚預(yù)注漿，固化工作面巖土，防止施工過程中片幫，保證施工安全。一次施工10m，掘進6m，保持不低于4m 的超前距離。

2.3 加強掘進中的臨時支護

在掘進過程中除管棚支護外，每掘進500mm即需進行全斷面錨網(wǎng)支護。打Φ40mm×1800mm金屬管縫式錨桿及直徑為4mm、 網(wǎng)格為40mm×40mm、長×寬=2400mm×900mm 的金屬網(wǎng)。工作面空頂距不得超過500mm，達到500mm應(yīng)及時進行金屬支架支護，以保證施工中的安全。

3 明斜井過老巷老空水的實踐

3.1 探放水施工

在穿越老巷、采空區(qū)過程中應(yīng)在老巷開口位置、采空區(qū)中段及下段設(shè)置積水觀測兼放水孔，其技術(shù)要求如下：（1）觀測孔應(yīng)采用Φ108mm 的鋼管，長度要求深入到老巷、采空區(qū)內(nèi)；（2）第一個老巷穿越后，在老巷開口處兩側(cè)各設(shè)置1 組觀測孔，每組2 個；（3）在初始揭過采空區(qū)以下30m 左右設(shè)置1 組，并設(shè)孔口管、裝置閥門；（4）在采空區(qū)結(jié)束前適當位置布置觀測孔一組，埋設(shè)孔口管、裝置閥門。

明斜井施工至294m 處，為提前探明前方采空區(qū)位置，決定采用物探儀進行探測，探測結(jié)果如圖1 所示。

圖1 物探儀探測前方采空區(qū)位置的結(jié)果

根據(jù)圖1 可知，在掘進工作面前方80m 左右為相對低阻區(qū)，推斷其可能賦水，而施工中實際揭露賦水位置在382m 處，說明探測結(jié)果可行性比較強。

按照探水方法，執(zhí)行探水安全施工措施，共計探水26 次，探孔312 個，探長30 ～48 m。其中65m、80m、440m、467m、495m、510m、530m 處無水，單孔涌水量最小5m3/h，最大40m3/h。

3.2 明斜井下穿鐵路橋的施工方案

明斜井井口北邊66～74m 處三條鐵路線為主運煤線路，明斜井開口下52m 處開始過鐵路，86m 處過完，斜長34m。巷道頂板距鐵路最小距離13m，其中回填土厚8m，此段為第四系黏土層，局部有地表水滲水淋水情況，水量約5m3/h，黏土遇水膨脹，強度迅速降低，施工難度及風險均較大。因此采用工作面管棚預(yù)注漿與鐵路懸吊加固的施工方案。

3.2.1 鐵路懸吊加固技術(shù)

加固范圍為順鐵路線方向以明斜井中心為準兩側(cè)各8m，三條鐵路線沿鐵路線方向均采用16m 工字鋼組成縱梁，縱梁兩端各設(shè)1 座枕木垛支點。橫向采用鋼枕作為橫梁，共布置15 根。橫縱梁采用高強螺栓及吊絲連接，通過對鐵路線懸吊加固，使該段鐵路線在行車時將動荷載作用在懸吊梁上，減小對井下掘砌影響。

3.2.2 工作面管棚預(yù)注漿技術(shù)

（1）止?jié){墻施工。首先距掘進工作面2m 處按設(shè)計尺寸壘砌或錨噴一道止?jié){墻，止?jié){墻厚0.5m，混凝土標號為C25。止?jié){墻深入巷道輪廓線外300mm，需事先開槽。止?jié){墻施工好后噴射混凝土把井壁與止?jié){墻周邊銜接的溝槽填平。凝固48h 后加固止?jié){墻。

（2）注漿施工。工作面預(yù)注漿鉆孔施工分兩段進行，每段10m。預(yù)注漿在明斜井荒斷面周邊輪廓線上布置35 個鉆孔，中部布置10 個探放水孔作為補強注漿孔，全斷面共計布置45 個鉆孔。注漿把巷道周邊10m 范圍內(nèi)空隙用水泥漿液充填飽滿，使注漿區(qū)域表土層形成一個堅固的隔水帷幕。終孔注漿壓力控制在3MPa，以不造成井壁及止?jié){墻損壞為準。擴散半徑控制在5m 左右。

（3）注漿參數(shù)的選擇。水泥漿的水灰比為1:1～0.6:1（重量比），水泥漿與水玻璃的體積比為1:0.8，防水劑加量是水泥重量的5%，終孔壓力按3MPa 控制，擴散半徑按5m 控制。

進行工作面管棚預(yù)注漿能加固明斜井頂板的強度，并且注漿后還可以減少因輕車過往震動引起的明斜井頂板支護裂隙滲水和斜井頂板塌方。

3.3 明斜井過老巷及采空區(qū)的施工方案

3.3.1 工作面管棚加固注漿

按照管棚預(yù)注漿設(shè)計校對好鉆孔方位及傾角后緊固鉆架，開鉆后慢速推進200mm 后再重新校對鉆孔方位及傾角，無誤后方可繼續(xù)推進。本次工作面預(yù)注漿鉆孔施工深度為10m，鉆孔成孔后安裝中76mm×5mm×10m 的管棚管，定量、定壓進行注漿。鉆孔施工過程中遇到矸石破碎塌孔時及時起鉆，下Φ40mm 高強塑料管至孔底，用I 型錨固劑固管。連接注漿管路進行注漿，當注漿壓力達到1MPa 時停止注漿，進行掃孔鉆進，直至鉆到設(shè)計孔深。收鉆后，在鉆孔內(nèi)安裝Φ76mm 管棚管進行注漿，讓管棚管中的漿液順著鉆孔向外回漿，使管棚管周圍充滿漿液并與巖層固化形成堅固的整體。封孔壓力控制在3MPa 以內(nèi)。施工一個孔，安裝一個孔，注一個孔，直至注漿結(jié)束。每循環(huán)注漿10m，掘6m，預(yù)留4m 超前距，不斷循環(huán)。

3.3.2 采空區(qū)加固注漿

將加工好的一端帶有絲扣、另一端帶有導向帽且鉆有花孔的Φ25mm×6m 預(yù)埋注漿管下到巷道采空區(qū)不同方位，外露迎面墻200mm。對采空區(qū)出水的地方，用風鉆在老空底板下300mm 巖層位置打仰角鉆孔，安裝Φ42mm×3m 注漿塞或中19mm×3 m 高壓膠管將水導出。止?jié){墻施工48h 后把注漿錨桿及高壓膠管封堵，并對預(yù)埋注漿管進行注漿充填，然后在迎面墻布置兩排“一字型”鉆孔，對采空區(qū)進行注漿加固。一排鉆孔布置在F 組煤內(nèi)，另一排鉆孔布置在丙3 煤底板以下800mm 處，封孔壓力達到1～1.5MPa 時停止注漿，換孔注漿，直至注漿孔注完為止。超前加固注漿在明斜井荒斷面周邊輪廓線上布置16 個管棚鉆孔。注漿擴散半徑為5m，即把巷道周邊5m 范圍內(nèi)的空隙用水泥漿充填飽滿，使注漿區(qū)域形成一個堅固的整體帷幕。采空區(qū)選用雙液漿+成品粉煤灰相結(jié)合注漿法，終孔注漿壓力控制在1～1.5MPa；工作面序列管棚超前加固注漿，選用水泥—水玻璃雙液漿注漿法，擴散半徑控制在5m 左右，終孔注漿壓力控制在3MPa 以內(nèi)。

巷道掘砌通過F 組煤主副斜井及采空區(qū)后，對明 斜 井86～143m、200～260m 和377～464m 段 進 行壁后注漿，讓注漿管中漿液順著鉆孔向外擴散，使巷道周圍巖層內(nèi)的空隙充滿漿液，從而形成一道隔水帷幕，把老巷、老空積水排在帷幕以外，達到徹底封存積水、防涌水目的。壁后注漿封孔壓力控制在4～6MPa。

4 治理效果分析

針對云岡礦明斜井過老巷老空水防治采用排、堵結(jié)合的治理方案，積水注漿堵水工作從開始實施到到堵水結(jié)束共用時31d，共消耗水泥漿與水玻璃1000t。井筒老巷段揭開后，沒有發(fā)現(xiàn)存著漏水現(xiàn)象，堵水效果理想，這充分表明本次的水患防治技術(shù)方案是合理的。砌壁完成并經(jīng)壁后注漿加固后9 個多月，老巷段及上下井壁無任何異常，井壁質(zhì)量穩(wěn)定，井筒通過積水老巷由被動的強行排水轉(zhuǎn)變成主動的注漿堵水，堵水效果理想，為同類型的明斜井過老巷老空水防治提供了技術(shù)參考。