摘要：姚橋煤礦-181m補回風巷突水給安全生產帶來嚴重影響。為防止透水事故的發生，課題組以科學創新的態度編制完善防治水治理方案，通過“堵、疏兼治”的工程實踐，確保了巷道的安全貫通。文章通過注漿方案參數的確定和優化等技術問題的詳細論述，針對注漿過程控制方法進行闡述，借以為類似堵水施工提供技術參考。

關鍵詞：超前預注漿；復雜水文地質；水害防治；井田露頭區

中圖分類號：P641 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）15-0101-04

1 工程概況

為姚橋煤礦西翼采區優化改造通風系統而設計施工的-181補回風巷，由西三軌道上口開門，向西風井方向施工并西風井馬頭門貫通，累計工程量約327m。在掘進前進行探放水作業時，鉆孔涌水量達92m3/h。西風井及其馬頭門在建井施工時分別出現最大涌水量達119m3/h、293m3/h，

先后造成兩次淹井。

姚橋井田南、北、西三面被大斷層所切割，為一傾向北北西的單斜構造。井田西翼煤層露頭區，第四系沖積層底部含水層直接覆蓋在露頭區各基巖含水層（煤層頂底板砂巖、L4、奧灰）上，使底含水與煤層頂底板砂巖、L4、奧灰等基巖含水層水直接產生水力聯系。同時以底含為載體，基巖含水層中水位較高的含水層水通過底含越流補給水位較低含水層，由于斷層破碎帶較寬，導水連通性較強且涌水量較大，更增強了井田西翼露頭區水文地質條件的復雜性。

1.1 探放水實施情況

為探查巷道迎頭前方砂巖地層、斷層的富水性及導水性，減小巷道迎頭涌水量，將現巷道迎頭涌水引到兩側鉆窩通過鉆孔排出，迎頭鉆機窩共施工5個探放水孔。

1.2 涌水通道分析

通過水文地質條件的探測及水文地質條件的分析研究，從施工鉆孔出水位置判斷：該巷揭露地層為灰白色、厚層狀細砂巖，迎頭前方（孔深9.5～20m段）為F7（∠60°H=15m）斷層，該斷層上下盤均為巨厚層中、細砂巖地層，附近裂隙較發育，巷道上距第四系底界約50m，斷層向上延伸至第四系底部含水層，斷層裂隙將第四系底含水導至掘進巷道而出水。由于西風井附近底含水覆蓋于奧灰、L4灰含水層、7煤頂底板砂巖含水層之上，各含水層之間水力聯系較強，-181補回風巷接受部分L4灰、奧灰水的補給。第四系底含水通過導水斷層進入掘進

巷道。

2 注漿堵水方案的確定

通過調研相似類型的水害防治經驗，加強區域文地質條件研判，結合井巷工程特點和涌水特征等，按照“分析條件、探明水源、注漿堵水、綜合利用”的思路，本次施工遵循“以注漿堵水為主要方法，疏排降壓為主要技術措施”的方式實施。

（1）從防治水方案及突水機理上，采用全斷面超前預注漿，充分利用在高壓注漿時漿液擴散能力，實現構筑堵水帷幕，保證防水幕墻的穩定；（2）加強探放水工作，改善導水斷層性質，達到疏水降壓的目的；（3）為確保注漿堵水帷幕帶的安全，在掘進期間炮震及錨桿時新產生的淋水較大區域采取復注及注漿錨桿等工藝，切實滿足巷道的永久支護質量需要。

3 注漿參數設計

3.1 注漿材料

選擇42.5R普通硅酸鹽水泥（袋裝）作為主要注漿漿液，水玻璃選用模數為2.8～3.2，濃度40Be'。

堵水注漿施工時，漿液濃度應遵循“由稀漸濃”的注漿原則，為較好地密實封堵出水裂隙通道，水泥漿液水灰比選用范圍一般為0.8∶1～1.25∶1。

3.2 注漿孔的布置及方式

首先采用破壁注漿方式對工作面迎頭加固注漿，封堵迎頭明水點，增強“止漿墊”強度，預防超前預注漿時由于注漿壓力過大造成迎頭破碎而引發的跑漿乃至水害；其次利用已有探水孔（4#孔除外）對F7導水斷層進行有效堵水注漿；最后，進行迎頭探水檢查和復注，根據注漿效果進行參數校正和確定注漿堵水重點。

依據注漿理論和現場勘查，為達到各孔進漿量比較均衡的效果，明水點設計注漿孔10個，單孔深7m。上排兩幫注漿孔采取“仰八字”，下排則采取“俯八字”造孔注漿。

施工順序為：迎頭明水點封堵（加固止漿墊）——現探水孔注漿——新鉆探水檢查孔（30m/段，兼做復注孔）4個。注漿孔布設情況詳見《注漿孔布置圖》。新鉆探水檢查孔鉆孔時如遇到出水嚴重或巖層破碎等情況時應考慮前進分段式注漿。

3.3 注漿壓力

注漿壓力對漿液的擴散范圍有重要影響。本次注漿為加大注漿液擴散范圍，增強止水效果，注漿壓力暫按10MPa控制。準確的注漿壓力需結合鉆孔試壓成果驗算，確切計算反壓力，達到適位適量注入。

3.4 預計注漿量

單孔漿液注入量可按下式計算：

Q=AπR2HnB/m

本次注漿加固工程預計需要：水泥約150t，水玻璃30t。

由于注漿孔的布置、漿液更換及配比等均須據實調整，故最終材料實際消耗量會有所不同。

3.5 壓水試驗

在每次注漿前后均應進行壓水試驗。通過沖洗鉆孔、檢查注漿效果、測定地層吸水率和透水性能等，為泵壓、泵量和漿液配比選擇的確定提供可靠依據。

鉆孔吸水率ω由下式計算：

ω=Q/（PL）

式中：

Q——壓水流量，L/min

P——壓水壓力（水柱高），m

L——壓水段高，m

4 施工工藝

4.1 施工工藝

具體工藝流程如下：

4.2 主要技術要求

4.2.1 漿液配制。

（1）順序及攪拌時間：清水→水泥（>2min）→添加劑（>3min）。

（2）每罐加料數量：按相應的配比和每罐方量計算各種材料用量，可參考漿液配比分級表。

（3）漿液配制完畢后，必須在2h之內用完，超過2h的漿料不得使用于注漿工程。

4.2.2 管路連接、套管固結效果的檢查。

（1）注漿管路連接試壓檢查：將注漿管路終端（即靠近孔口端）堵死，注漿泵泵清水，壓力由最小逐步加大到6MPa，管路不漏、不滲時，說明管路連接效果良好。

（2）孔口管固結效果的檢查：在封閉漿固結套管后，將孔內沖洗干凈，經不少于12h的初凝后，注漿試壓，大于6MPa為合格。

4.2.3 注前壓水試驗。

（1）在證實管路連接、孔口管固結效果良好的前提下，可作注前壓水試驗。

（2）注水壓力加大到比該注漿段的最大設計注漿壓力多1～2MPa，流量也相應由小變大，直到流量達到最大。

（3）隨時觀察孔口及管路是否有漏水情況，發現漏水，必須立即停注，待解決后再進行壓水試驗。

（4）保持以上壓力和流量，并穩定10min以上，同時每5min記錄一次壓力和流量。

（5）當壓力或流量變化很大時，應查明原因，重新

開始。

4.2.4 注漿參數的調整。

（1）做完壓水試驗后，計算該孔段的吸水量、地層滲透系數等，獲取相關資料后即可進入注漿工序。

（2）注漿開始時，應該首先使用稀漿、低壓，隨時記錄好壓力、濃度、流量的變化，必要時計算地層吸漿量，然后據實對注漿參數進行逐級調整，必要時可考慮更換成瑞米加固漿液。

（3）調整原則如下：

首先，采用固定壓力和濃度的漿液灌注30min后，若孔口壓力變化微弱而吸漿量逐漸減少或吸漿量基本不變而孔口壓力緩慢上升，則說明注漿壓力、漿液濃度等較合適，不宜更改參數。

其次，采用固定壓力和濃度的漿液灌注30min后，若孔口壓力逐漸上升且吸漿量逐漸減少，甚至孔口壓力急劇上升或吸漿量減少很多，而非鉆孔或管路問題，說明漿液濃度偏高，應及時調稀一級。反之，應加大注漿壓力，并提高漿液級配。

最后，前三級的漿液濃度灌注時，若分別持續15min，孔內吸漿量較小（<1～2L/min），可調稀增壓。

（4）稀漿液注量宜為取單孔注漿量的30%。

4.2.5 注漿結束標準。對于注漿工藝本身，以注漿量、注漿終壓作為單孔結束注漿的標準。其注漿結束的標準，應符合下列規定：

（1）注入量達設計量的80%～120%；注漿終壓達設計要求并穩定20min時，可結束該段注漿。

（2）采用水泥漿注漿，當注入量為50～60L/min及注漿壓力達到終壓時，應繼續以同樣壓力注入較稀的漿液20～30min后方可停止該孔段的注漿工作。

（3）采用水泥-水玻璃漿液注漿，當注入量達到100～120L/min及注漿壓力達到終壓時，經穩定10min，可結束該孔的注漿工作。

（4）每孔各注漿段全部注完后，水灰比為0.5∶1的C-S雙液漿封孔。

但對于注漿堵水工藝本身，應以涌水量作為注漿結束的標準，保證探放水孔綜合涌水量≤0.5m3。

5 施工過程綜述

5.1 施工情況

工程實踐證明：通過科學、合理、精細化的防治水治理，有效地控制了涌水量（<2m3），巷道于2011年9月10日與西風井馬頭門安全貫通。

本次注漿堵水工作按照設計要求和現場實際分二個階段完成，超前距離70m，共計鉆孔7個（不含之前的5個探水孔），30m/孔段，累計消耗水泥約120噸。

5.2 工程分析

5.2.1 超前預注漿。

（1）止漿墊加固。注漿前，迎頭及底板等均有明顯出水點，特別是底板返、跑漿現象嚴重，通過合理有針對性的密集造孔（12個）將各明水點完全封堵，達到止漿墊加固目的。

（2）探水孔注漿：通過先對迎頭分區域造孔注漿（將迎頭分為左右2個注漿區域），有效控制探水孔中間的相互跑串漿現象的發生；根據各探水孔的出水位置和現場造孔情況分析：迎頭右幫距離斷層約15m，左幫8m，且導水裂隙主要分布于底板處。

由于左鉆機窩鉆孔（1、2和5號孔）固管質量較差，考慮到注漿量的均衡性，根據現場實際，在原設計的1號和3號探水孔進行注漿后對2號和5號探水孔進行堵水注漿，各孔進漿量較為理想（20噸/單孔），達到較好的注漿效果。

（3）檢查孔施工。檢查孔注漿施工期間，通過加強現場資料的及時收集和分析，確定科學合理性注漿參數，為設計提供了強大的技術支撐。檢查孔鉆進至11～16m時，鉆進速度加快，不斷有水泥灰漿排出，20m時經常卡鉆鉆機后仰且涌水量增大，遇到斷層帶，及時采取前進式

注漿。

5.2.2 掘進恢復情況。在注漿恢復掘進至8m及20m處時各揭示一條∠60的斷層，圍巖雖為砂巖，但較為破碎，裂隙較發育，左右幫圍巖裂隙處均發現注漿水泥充填料。

5.3 工程評估

5.3.1 在分析礦水文地質條件的基礎上，確定了超前預注漿的堵水方案。在施工過程中，對注漿工程采用疊加效應分析、離散性分析、高密度物探測試及檢查孔檢驗等手段進行注漿幕體施工質量及防滲效果檢查和評價，結果表明：注漿堵水參數設計合理，帷幕體具有較好的抗滲性能，總涌水量由92m3/h降至掘進時的不到2m3/h，堵水效果顯著，充分驗證了設計的可行性和成效性。

5.3.2 科學落實“堵、疏結合”的防治水原則，合理構筑堵水帷幕，達到既能保證安全生產，又實現水資源循環利用的目的。

（1）先分區域造孔注漿（將迎頭分為左右2個注漿區域），控制探水孔之間的相互跑串漿現象。

（2）采取圍點誘導式注漿方法，掌握探水孔內導水裂隙發育情況。

（3）通過“有壓限壓，無壓控漿”及間歇性注漿施工步驟，科學靈活地調整單、雙液漿合理的級配和其他注漿參數，有效地控制了漿液擴散范圍。

4#探水孔（保持涌水量80m3/h）帷幕帶實驗成功，不僅消除迎頭水害威脅，達到疏水降壓的目的，更為我礦西翼下分層各采區的噴霧防塵等工作提供了水源保證，節約了供水成本，實現了水資源的循環利用。

（4）為進一步提高注漿段巷道的堵水防滲效果，自行研發的注漿錨桿對兩幫進行復注試驗，對多處滲水點有效封堵，更確保了巷道的永久性支護質量。

6 結論及建議

超前預注漿作為處理巷道迎頭出水的主要手段，能夠有效地達到“封堵地下涌水、加固破碎圍巖、控制施工風險”的目的，但技術難點多、工藝復雜且不易控制，因此對水文地質資料解讀能力和現場技術力量的要求較高，否則造成設計偏差，達不到預期堵水效果。本文通過注漿堵水工程實例對工藝及其技術要求等的具體闡述，希望對類似工程的水害治理起到借鑒作用。

參考文獻

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[2] 沈春林，等.地下防水設計與施工[M].北京：化學工業出版社，2006.

[3] 董國慶，顧訓水.帷幕注漿法堵水實例[J].中國高新技術企業，2011，（25）.

作者簡介：董國慶（1969—），男，江蘇徐州大屯煤電公司姚橋煤礦地質測量科工程師，研究方向：采礦工程。

（責任編輯：趙秀娟）