帷幕注漿堵水技術在峻德礦安全出口的應用

摘 要：本文結合峻德礦安全出口動水流砂層注漿堵水的實踐，在通過分析動水水文地質環境的基礎上，通過帷幕注漿的技術合理確定注漿段位、注漿參數，調整注漿配比和控制注漿壓力等方法。該方法在峻德礦安全出口注漿堵水中，取得了顯著成功。

關鍵詞：饋沙;饋水;帷幕注漿;注漿封堵

1.引言

主要針對峻德礦安全出口鋼架支護出水段，鋼架支護長度為20m段距，根據以往資料，該安全出口自貫穿以來就存在多處出水點，初期總涌水量為75-85m3/h，2013年12月4日涌水量呈增大趨勢，達到108-120m3/h。至2014年1月25日，水量趨于穩定，涌水量為90.4-105m3/h，并且存在漏砂現象，2014年至2015年的近兩年時間內安全出口漏砂量就超過20m3，極大威脅著礦井安全生產

2.工程概況

本次注漿施工主要針對峻德礦安全出口鋼架支護出水段，鋼架支護長度為20m段距，根據以往資料，該安全出口自貫穿以來就存在多處出水點，初期總涌水量為75-85m3/h，2013年12月4日涌水量呈增大趨勢，達到108-120m3/h。至2014年1月25日，水量趨于穩定，涌水量為90.4-105m3/h，并且存在漏砂現象，2014年至2015年的近兩年時間內安全出口漏砂量就超過20m3。長期的涌水、潰砂，不僅使得地表年沉降率達到1.5m/a，嚴重威脅地面建筑及設施安全，而且造成安全出口人員疏散功能急劇惡化，安全出口功能銳減;同時地面沉降更是威脅安全出口內鋪設的瓦斯疏排管路安全。因此，為了從根本上解決礦井安全逃生通道內漏水、漏砂情況，確保礦井逃生通道安全暢通，峻德礦決定對該安全出口進行綜合治理。

3.地質及水文地質條件

根據以往地質資料及安全出口揭露，施工區域完整地層段上部為第四系砂層，厚約44.34～46.8m，地表有20cm左右的表土層，中部為細砂、中砂、粗砂及薄層河泥沉積。下部為白堊系砂巖、泥巖。根據鉆孔揭露情況看，安全出口西側多為細砂沉積，東側大部分為粗砂、中砂沉積，個別地段存在流砂空洞;安全出口巷道正上方多為人為回填堆積物，空隙較大。

施工區域揭露的主要含水層分別為第四系砂層孔隙含水層、白堊系風化裂隙含水層。其中第四系為砂層孔隙水，含水層主要為中、粗砂，底板標高+188.9m，富水性較強。由于安全出口的長期涌水，加之煤礦開采的長期輸排水，根據注漿鉆孔水位觀測，安全出口出水段附近第四系動水位埋深在30～33m，殘余水頭高度13.8m。安全出口穿過第四紀砂層長度105.85m，主要出水段長度約20m，主要涌水點均位于該區段。白堊系為風化裂隙水，據以往資料該區風化裂隙一般在45m深度附近，據安全出口通道施工揭露該區段風化裂隙發育，局部富水性較強。

根據峻德煤礦第四系觀測孔水位觀測數據顯示，在安全出口附近形成了一個典型的降落漏斗，該區動水主要受礦井西側鶴立河水源側向補給。因此在對該安全出口進行注漿過程中，確定采取帷幕注漿方式進行注漿堵水，各注漿鉆孔深度為55m，先期對安全出口西側進行帷幕注漿，在隔絕了大部分補充水源后，再進行定點注漿加固的注漿技術方法。

4.施工工藝

（1）注漿鉆孔的布置及施工

根據礦區第四系流砂層地質資料，為了保障注漿效果，前期確立注漿鉆孔孔深55.00m直至完整基巖面終孔，注漿鉆孔上段0～30.00m下入實管并壓漿固管，注漿鉆孔下段30～55.00m為注漿段，保證所注水泥漿液在波及風化基巖面并注死風化裂隙的同時能夠將安全出口附近第四系流砂層動水完全隔離并替換為水泥漿液，完成安全出口全方位的加固與封注。前期注漿結束后，為了用所注漿液對先期帷幕進行定位補充，故而根據加固補充的層位深度進行分段設計鉆孔進行分段分級注漿，注漿鉆孔孔深根據所需加固的最大距離進行實際確定。所有地面鉆孔孔間距為5.0m，成點狀梅花分布。所有注漿鉆孔孔口焊一個同管徑帶絲扣的連接管安裝高壓球閥，纏以麻絲，并將其通過法蘭盤焊接在鉆孔套管上，外漏不大于500mm，以便于安裝球閥;打壓試驗達到7 ～ 8 MPa 時，將注漿用的三通連接到球閥上，即可開始注漿。這種孔口管加工簡單，操作簡便，成本低，方便、快捷、高效，安全。

（2）注漿施工準備

在施工場地內選擇合適地段為造漿工作點，并設置攪拌機、儲漿池、清水池和注漿泵（見圖3）。注漿施工前，備好風、水、電等管線系統以及各種注漿設備、注漿材料，并進行檢修，保證完好，并針對安全出口地下巷道制定相應的巷道表面采取防跑漏漿處理措施。

（3）注漿施工

注漿設備材料工具貯備→造漿→管路連接→注清水→注漿→停止注漿關閉注漿閥。

（4）注漿參數

注漿壓力是推動漿液克服各種流動阻力，使漿液在基巖裂隙中擴散，宜采用2～2.5倍靜水壓力;注漿過程中，由于漿液的充填作用，裂隙逐漸被充塞，流量則隨注漿壓力的升高而減小，在基巖裂隙中流量以50～60L/min 為宜，注入量與注漿壓力有密切關系，要有合理的注漿壓力來保證漿液注入量，也可以注漿孔涌水量大小和沖洗液漏失量大小來定;相同條件下，漿液越濃，粘度越大，擴散距離越小。本次注漿確定了1：0.7、1：0.9以及在灰水比1：1的條件下水泥漿與水玻璃體積比為4：1的不同注漿情況下的制漿參數，每個濃度級連續注入40～50min后再提高漿液濃度。

（5）注漿過程

按注漿要求連接好注漿管路，調節注漿泵安全閥，經試運轉正常后方可開泵注漿;在攪拌桶中放入適量的水，再按配比放入水泥，使漿液的水灰比控制在0.7～0.9的范圍。用ZJ400攪拌器攪拌漿液，攪拌時間對于漿材與水的充分混合有著非常重要的影響，攪拌時間太短，漿材與水混合不均勻，使漿液的流動性受到很大的影響，攪拌時間為5min;開泵注漿，當注漿壓力達到設計終壓時停止注漿。注漿順序為先西側孔后東側孔先外圍孔后內排孔的注漿次序依次進行間孔注漿。注漿過程中，隨時觀察并記錄注漿壓力、注漿量等注漿參數變化情況。此外，隨時觀察巷道表面跑漏漿現象，一旦發生跑漏漿，應及時采取措施進行糊堵，大量漏漿時可在水泥漿液中加入適量水玻璃進行注漿，封堵后再改換成水泥單液漿，注漿期間，施工人員應注意注漿泵的運行狀況及排漿情況，確保注漿泵的完好。

5.注漿效果

峻德礦安全出口早期涌水量為90.4-105m3/h，并且存在漏砂現象，年潰砂量約10m3，安全出口地表年沉降率達到1.5m/a。通過本次的地表帷幕注漿，使得安全出口井下出水總量由最早穩定的90.4m3/h降低至目前測得的4.5m3/h，井下涌水量實際減少了近95.02%，且井下不再出現潰砂現象，地表一年觀測無明顯沉降，注漿堵水效果顯著，達到了預期治理的目的。

作者簡介：

代英浩，男，1985年9月出生，工程師，黑龍江大學水文地質專業，現工作于龍煤鶴崗礦業有限責任公司地質測量部，主要從事礦井水文、地質方面的技術及管理工作。