6.0MPa高壓防水閘門壁后注漿及注水耐壓試驗

祝仰奎

（陜西華電榆橫煤化工有限公司可可蓋煤礦，陜西 榆林 719000）

1 概況

山東肥城礦業集團陶陽煤礦中三井田為立斜井多水平開拓，斜井沿上組煤的第3層煤底板布置，上下組煤用集中階段石門聯絡，現開采第二水平，標高-550m，為安全開采下組煤（7、8、9、10層煤），根據《煤礦安全規程》規定，在有突水危險的地區，只有在其附近設置防水閘門實現安全隔離后方可掘進。由于陶陽煤礦-550m水平下組煤東翼受徐灰和奧陶系灰巖（以下簡稱奧灰）承壓水的威脅，需在-550m東大巷內施工防水閘門，以保障開采期間的安全。

中三井田徐灰和奧灰水力聯系密切，兩層灰巖含水層水位基本同步，歷史最高靜水位標高+65m，若發生水害該水平防水閘門將承受（65+547）600m水柱，即6.0MPa的壓強。防水閘門設計為LM單扇加肋扁殼薄殼型，出廠前進行了耐壓試驗，試驗壓力穩定在6.0MPa。防水閘門硐室施工于穩定的6煤層老底粉砂巖中，前后室各長6m，中室長6.5m，單門硐，門硐凈寬2m，凈高2.32m，硐室澆注結束并進行了28d養護。

2 壁后注漿

2.1 注漿設計與準備

防水閘門硐室前室、后室、中室及前后室加強段全長37.5m，共預埋注漿管238根。為保證注漿效果，壁后注漿前首先要對238個預埋的注漿孔進行掃孔和壓清水連通試驗。掃孔與注漿均分三個序次，第一序次要全部掃孔一遍，掃孔深度超過注漿管進入巖體300mm，第二次掃孔超過第一次50～100mm，第三次掃孔超過第二次的50～100mm。每次注漿采用連續與間歇相結合的方式，每個鉆孔注漿不少于三次，注漿掃孔時間間隔不小于72h。注漿泵使用NBB-250/6型高壓注漿泵。漿液為單液水泥漿，水灰比為 0.8：1～3：1，比重 1.2～1.5，跑漿嚴重和封孔時增大到1.6，注漿封孔壓力不小于9MPa。水泥為525#普通硅酸鹽水泥。防水閘門壁后注漿總順序為前室加強段、前室、后室加強段、后室，最后注中室；每個硐室注漿順序則是先注底板，再注兩幫，最后注弓形頂。每個鉆孔注漿前先進行注水連通試驗，注水時間在5～10min，發現滲漏水時及時采取措施（如用速效水泥卷、木楔、破布等東西堵漏等）。

2.2 壁后注漿

-550m東大巷防水閘門自注漿開始至結束，歷時77d，共注水泥73.6t。其中，第一序次進漿孔注水泥45t，占全部注漿孔的50%，其余鉆孔全部被串漿后封死；但4號注漿孔由于跑串漿，采用間歇式注漿法，僅此一孔注入水泥達25.6t，此孔擴散范圍大，有效地封堵加固了碹體及巖體，效果較好。第二序次進漿孔注水泥15.6t，占全部注漿孔的30%。第三序次對所有的鉆孔全部掃孔后逐個壓水、注漿，大部分鉆孔壓清水達9MPa以上，對其進行了注漿封孔，只有8孔仍進漿，還有少量鉆孔壓力增大到一定程度就開始串漿，根據現場情況采取了針對性的措施進行了處理使其最終達到規定要求，進漿量13t。

對三個序次注漿情況進行分析，其特點是：

第一序次：一是串漿孔數多，50%的進漿孔，其余全部被封死；二是跑漿地點多，個別鉆孔注漿時弓形頂、兩幫及底板滲跑漿，有的個別鉆孔跑漿還特別厲害，只能采取間歇注漿；三是漿液擴散范圍大，注4號孔時前室加強段、前室、中室及后室注漿孔串漿后被封死，且后室加強段碹體有滲漿現象。

第二序次：一是碹體和巖體大部分被充填，共有進漿孔30%，進漿量與第一次有較大的差別；二是多數注漿鉆孔采用連續注漿的方式，只有個別鉆孔采用間歇式。

第三序次：一是仍有部分鉆孔通過碹體與巖石接茬處串漿，但串漿孔數相對減少；二是對個別鉆孔進行了反復注漿，最終達到規定要求。

-550m東大巷防水閘門壁后注漿工作總體來說進漿量較大，注漿封孔壓力均達到設計要求，效果較好。

3 注水耐壓試驗

3.1 措施及準備

-550m東大巷防水閘門硐室壁后注漿工作結束，礦組織安監處、調度室、技術科、地測科、機電科、防治水工區等單位對防水閘門壁后注漿情況進行了驗收。驗收結束后立即召開了注水耐壓試驗工作會，布置了注水耐壓試驗前的準備工作。防水閘門門體由機電科負責安裝，地測科測量人員配合調校門體的水平與垂直度。防水閘門安裝完畢后，礦又組織有關單位對防水閘門進行了關閉試驗。

防水閘門耐壓試驗前將NBB-250/6型高壓注漿泵3臺、NBB-260/7型高壓注漿泵1臺安裝在防水閘門后室以外60m處(聯絡巷門口附近)，每臺泵出水管為Φ25mm高壓膠管，另一頭為Φ25mm、Φ50mm的變頭連接到Φ50mm的高壓注漿管上，防水閘門北幫4吋高壓管上按一高壓閘閥，然后將高壓注漿泵Φ25mm高壓膠管連接其上，4臺泵、4趟管路。向硐室內加水時打壓水源來自-550m徐灰水源孔，水量30m3/h，注水期間使用-550m東大巷五號峒室內的四灰放水孔，水量30m3/h，水量不足將六號硐室內的四灰放水孔打開一個，水量20m3/h。為準確測得進水量，在供水管路注水泵處安有高壓閘閥和流量表。為及時觀測水閘門漏水量，掌握水閘門及其硐室情況，在后室水溝內安設5.5kW潛水泵一臺，潛水泵將水排至60m以外注漿管外水溝內，然后自然流入-550m水倉，并在5.5kW潛水泵上安設流量表，以及時準確地觀測漏水量。各設備安裝好后進行了試運轉，并對耐壓管路、閘閥等進行了耐壓試驗。

3.2 注水耐壓試驗

防水閘門注水耐壓試驗前向硐室加水為-550m水平徐灰水，水壓5.5MPa，前室注滿后水量將會有壓力顯現。自上午7時00分開始注水，注水15min后壓力上升到2MPa并開始穩壓，隨即開啟4臺注水泵向前室進行注水。根據《-550m東大巷防水閘門注水耐壓試驗規程》規定，在此狀態下穩壓20min，以后每0.5MPa穩壓15min，到9時00分時壓力最大達6.5MPa，根據規程要求隨后將壓力降壓并穩定在6MPa，在此狀態下至次日10時05分（持續時間超過24小時）。在注水耐壓過程中先啟動1臺泵使用3檔，注滿水后啟動2臺泵3檔，為確保高壓注漿泵的安全運轉，現場4臺泵分為兩組，1、2號泵為一組，3、4號泵為一組，每1小時換開一次。

圖1 -550m東大巷防水閘門注水耐壓試驗平面布置示意圖

3.3 注水耐壓試驗觀測

在對漏水量的觀測中我們采用流量表與水位觀測相結合的方法，測得6MPa穩壓狀態下的總漏水量在5～6m3/h，其中水閘門漏水量在1.5m3/h，主要是在防水閘門門體下方中間、左上角與右上角部位；碹體漏水量在4m3/h，主要在后室及后室加強段巷道的接茬處，中室及后室底板有兩處漏水0.3m3/h，該防水閘門單點漏水量均無超過1m3/h處。中室（閘門硐室）兩幫及頂部、后室加強段與巷道接茬處也有滲漏水現象。

經過本次注水耐壓試驗，該防水閘門最高壓力達6.5MPa，并在6MPa下穩壓24小時以上，綜合漏水量在5～6m3/h，單點漏水量小于1m3/h，符合肥城礦業集團《關于印發<加強防水閘門(墻)管理規定＞的通知》綜合漏水量小于10m3/h，單點漏水量小于4m3/h的規定。-550m東大巷防水閘門注水耐壓試驗一次性合格。

4 結語

6.0MPa高壓防水閘門壁后注漿及注水耐壓試驗，具有壓力高、操作困難、測定的數據多、危險性大等特點，為高壓防水閘門及硐室設計提供了科學的依據。該防水閘門的成功實施為陶陽煤礦-550m水平開拓開采提供了有效安全保障，同時也為設置該水平副巷、回風巷防水閘門提供了施工借鑒經驗。在防水閘門硐室施工及注水耐壓試驗中需要注意以下幾點：

（1）防水閘門硐室接茬處在壁后注漿及注水耐壓時暴露的問題較多，是硐室開挖、澆注與壁后注漿管理的薄弱點和重點。

（2）壁后注漿應采用連續和間歇式相結合的方式，對于不能連續注漿的應及時將注漿鉆孔用清水沖洗，以確保該孔后期可繼續注漿。

（3）防水閘門注水耐壓試驗開始和結束釋放壓力時要循序漸進，水壓上升和下降速度不能太快，防止對硐室及圍巖造成破壞。