沖積層預注漿結合管棚法超前支護的應用

摘要：徐礦集團天山公司俄霍布拉克煤礦放水巷在施工中遇到近200m寬沖積層，富含水，圍巖為礫石、黃泥、粗砂，圍巖隨著淋水沖刷掉頂折幫，采用常規施工法無法通過，通過工作面預注漿堵水及超前鋼管注漿加固圍巖方式施工，安全通過沖積層。

關鍵詞：沖積層；預注漿；管棚法；超前支護；放水巷 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD265 文章編號：1009-2374（2015）33-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.019

1 工程概況

徐礦集團天山公司俄霍布拉克煤礦在2009年5月12日東一里采區1106工作面回采至古沖溝邊緣時出現頂板掉水，瞬間水量達到120m?/h，最大水量超過1300m?/h，致使礦井東翼古沖溝經過的區域煤炭不能回采。為緩解徐礦集團天山公司俄霍布拉克煤礦井下涌水量，通過在井田上游施工放水巷放水，從而消除井下水患。放水巷分東西兩頭同時施工，東頭巷道坡度3‰，西頭巷道坡度-3‰，均沿8煤底板掘進，設計支護方式為11#工字鋼架棚并噴漿支護。放水巷西頭在進入古沖溝時煤層消失揭露第四系沖積層，沖積層厚度212m，因沖積層結構松散造成頂板嚴重冒頂，無法支護，后造成頂板掉水，最大涌水量超過900m?/h，穩定后工作面涌水量130m?/h，掘進工作被迫暫停。通過在冒頂區下游施工繞道，進行工作面預注漿堵水及超前鋼管注漿加固圍巖并改用29U型棚支護，順利通過沖積層。本文將介紹工作面預注漿堵水及超前鋼管注漿加固圍巖法施工。

2 揭露沖積層前后面臨巷道掘進支護的變化

2.1 原巷道的施工工藝及支護方式

原巷道斷面主要有兩種形式，煤層中巷道為梯形斷面，上口凈寬2.6m，下口凈寬3.52m，凈高2.4m，11#礦工鋼掛網噴漿支護，棚距800mm，噴厚100mm；巖巷段采用直墻半圓拱斷面，凈寬3m，凈高2.8m，錨梁網噴支護，錨桿φ20L=1800@800，菱形鋼筋網配直徑φ12圓鋼鋼帶，噴厚100mm。巷道通過斷層和軟巖破碎帶時，采用鋼管撞楔超前支護：在巷道拱部掘進輪廓線外50mm、間隔300mm打眼，眼深2.8m，插入φ35mm、L=3m的鋼管，鋼管尾部用鋼帶和錨桿托緊。掘進時，在前一排超前鋼管還未失效前，必須緊跟第二排超前鋼管，如此一排接一排，起到護頂作用。

2.2 揭露沖積層后面臨的難題

巷道圍巖為礫石層，超前鋼管起不到護頂作用；工作面松散，爆破法施工出現塌孔；圍巖破碎，淋水大，流水沖刷礫石層，頂板隨掘隨冒，扶棚支護出現大片空頂，漿不上噴，給支護帶來困難；工作環境惡劣，安全管控難度大。

2.3 解決問題的思路

（1）解決水的問題，把迎頭出水量控制下來，便于工人施工，因此對工作面必須提前進行注漿封堵；（2）進行超前支護改革，提前控制頂板，使松散巖層整體膠結不掉落，封堵裂隙水，減少迎頭出水量，采用鋼管進行超前支護，加長鋼管長度，并在超前支護的鋼管上鉆眼，便于注漿；（3）更改巷道支護參數，由11#工字鋼梯形棚支護改為29U型棚支護，將棚距改為500mm。

3 工作面預注漿堵水及永久支護

第一，因圍巖多為礫石、粗砂，結構松散，裂隙多，靜水壓力大，為了保證工作面預注漿過程盡量減少跑漿、漏漿，在注漿前對工作面打止漿墊進行封閉。

第二，工作面先用混凝土澆筑一層3m后止漿墊，在澆筑止漿墊時埋入12根Φ108mm鋼管，沿巷道輪廓線布置9根，巷道中線布置3根，鋼管外端焊接法蘭盤并安裝閘閥。止漿墊凝固后使用ZDY-1300型煤礦用全液壓坑道鉆機、Φ50mm鉆桿和配套Φ90mm鉆頭沿預埋鋼管打鉆孔，鉆孔長度60m。注漿漿液最初使用水泥漿和水玻璃雙液漿，但由于水溫低、水流速大，注漿效果比較差，后將注漿漿液改為化學漿馬立散，實踐中馬立散能夠迅速封堵裂隙降低管內涌水量。注漿后對鉆孔進行復鉆，若水量小于5m?/h，則進入下道工序，否則繼續復鉆注漿，直至將單孔水量降至5m?/h（附工作面預注漿管孔施工圖）。

第三，工作面注漿結束后，挖掉止漿墊，并對止漿墊位置（3m）進行刷擴（臥鉆機用），頂、幫各刷擴500mm，使用12#槽鋼自制成拱形棚進行臨時支護，棚距500mm，并噴漿支護。管棚施工結束后對臨時支護段進行29U型棚套棚，充填嚴密，噴漿封閉。管棚施工開鉆前，必須對工作面噴漿封閉，噴漿厚度不小于100mm。按中腰線畫出巷道輪廓線，確定孔眼位置，嚴格按孔眼布置圖角度打眼，不合格的孔眼孔口處使用木楔、棉紗、道釘封堵嚴實，再重新打眼，技術人員要嚴把質量關，做好原始記錄，記錄數據要齊全、準確，作為巷道各工序的施工參考。鉆機臥好后進行管棚施工，使用ZDY-1300型煤礦用全液壓坑道鉆機、Φ50mm鉆桿和配套Φ65mm鉆頭沿巷道輪廓線打超前支護管孔，鉆孔順序由左幫底腳開始，依次由左底向頂（中）、由頂（中）向右底，并且依次編號；長度18m；超前管子采用3根長度6m的Φ50mm無縫鋼管，鋼管連接處井下現場焊接，總長度18m；每施工一個管孔立即安裝管子，無縫鋼管的管外口與鉆孔間隙用棉紗或海帶充填密實，為下一步從管內注漿起到固管作用。安裝超前管子時，管子要與管孔平行，慢慢插入，外露長度過長時，需在管口墊厚木板使用鐵錘砸入。管孔角度與巷道中線呈2°夾角，間距200mm，外露300mm，合計41根。管棚施工完畢后，使用ZBY3/7.0-11型號注漿機對各管孔進行注漿加固，注漿漿液為化學漿馬立散（附超前鋼管管孔施工圖）。

圖1 工作面預注漿管孔布置圖 圖2 超前鋼管管孔布置圖

第四，掘進及永久支護：注漿24小時后，可進行掘進扶棚，巷道采用29U型鋼架棚支護，直墻半圓拱形斷面，棚距500mm，扶棚時，一循環一棚，采用掘進-扶棚-噴漿支護、棚棚推進的掘進方式，噴漿緊跟迎頭，減少圍巖暴露時間。人工風鎬掘進，不得放炮，防止圍巖炮震松動。對U型棚進行整體加固，每扶一棚均要用拉桿固定，拉桿使用Φ18螺紋鋼加工，加固方式為梁中一道，兩側棚腿自下向上1.1m、2.2m處各一道，每棚共5道，全斷面鋪設菱形網，水泥背板，杜絕空頂、空幫、空肩窩現象。

第五，防U型棚擠壓變形措施：每棚兩棚腿底腳使用11#工字鋼進行支撐加固，防止棚腿收縮變形，工字鋼兩端焊接長度200mm的12#槽鋼卡口。

第六，注漿漿液效果對比：第一階段工作面預注漿采用水泥漿和水玻璃雙液漿，水泥采用PO42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比由1∶1～O.8∶1逐級調配。水玻璃濃度為35～40Be水泥漿與水玻璃體積比為1∶O.5。由于水溫低流量大，注漿效果很差，造成迎頭反復打鉆注漿，第一階段從工作面預注漿到超前鋼管注漿施工完畢，合計耗時112天。工作面預注漿長度60m，超前鋼管36m，每次工作面預注漿后進行2個循環超前鋼管注漿，超前鋼管注漿結束后進行掘砌，掘砌長度30m。在打鉆注漿過程中，遇到了從未遇到過的復雜地質情況，礫石不但堅硬，而且粒徑較大，鉆進過程中經常出現塌孔、埋孔，鉆頭鉆具損壞頻繁，遇到大塊礫石鉆桿會偏離方向，并且由于水的流速快，雙液漿凝固慢，造成注漿效果不理想，只能反復的復鉆、注漿。

由于第一段施工時間太長，第二階段改用化學漿馬立散，采用大功率鉆機，并將工作面超前鋼管注漿長度調整至18m。上述更改出發點有：（1）雙液漿凝固慢，流失多，而采用化學漿則見水就凝固，能有效封堵裂隙；（2）大功率鉆機鉆進速度快；（3）縮短打鉆注漿長度能有效避免斷鉆桿并將鉆孔控制在有效斷面內。采用化學漿施工法后，第二段循環施工時間僅60天，大大提高了效率，并且掘進過程中巷道周圈淋水得到很好的控制，圍巖較穩定。

4 結語

通過采用以上一系列工藝改革、創新，經過實踐，充分證明工作面預注漿并結合管棚法施工通過特厚沖積層是可行的，特別是在古沖溝最后60m施工時，巷道頂板淋水及底角涌水增大，通過采取底板下鋼梁加固U型棚，增大注漿壓力，反復復鉆等措施來保證注漿質量，最后安全地實現了巷道貫通。

作者簡介：鄒雷（1981-），男，江蘇宿遷人，供職于江蘇省礦業工程集團有限公司建井工程處，研究方向：礦井基本建設。

（責任編輯：周 瓊）