基于底板注漿加固技術的巷道掘進防治水技術實踐

賈 銀

（同煤集團永定莊煤業公司， 山西 大同 037000）

礦井水害是煤礦常見的主要災害之一，其對礦井安全生產威脅極大，嚴重的礦井水害甚至會造成礦井淹井，造成巨大的人員傷亡及經濟損失。我國煤炭資源地域分布遼闊，煤礦礦床水文地質條件千差萬別。在各種水害中，奧陶紀灰巖層的水害最難治理。目前隨著煤炭開采深度逐漸加大，深部奧灰水的水壓也隨之增大，突水幾率也隨之增加，對礦井向深部延深及采掘工作帶來巨大威脅。對于受水患威脅的礦井，必須堅持“預測預報，有疑必探，先探后掘，先治后采”的原則，當掘進巷道至水害威脅或積水區時，要做好超前探放水工作，防止潰水事故的發生，并采取嚴格的治水措施[1-6]。本文即針對某礦在受奧陶系巖溶水威脅并開展巷道掘進時，進行相應的探水工作，并進行底板注漿加固技術的設計及施工，確保巷道掘進的安全進行。

1 地質概況

本礦井計劃延深開采-550 m水平以下的21煤，并布置東三采區，根據地質勘探資料，東三采區的地層構造從煤層底板向下分別為本溪組及中奧陶組系、下奧陶組系。其中本溪組地層厚度平均30 m，含石灰巖承壓水層（14、15石灰巖）以及隔水層，14、15石灰巖含水層與奧陶系灰巖水水位接近，預計存在水力聯系，奧陶組系巖層頂部距離煤層介于35～55 m，在采區東南塊區較薄。因此，在礦井向下延深掘進過程中，受奧灰水突水威脅較大，因此，掘進時必須加強底板水探測，并對煤層底板進行注漿加固方案設計及施工，確保查明水患，查明含水及導水情況，當查出異常時，進行加密探測，進而采取注漿加固措施，處理完畢達到防治水安全要求后方可繼續掘進。延深巷道的規格為寬4 m，高2 m。

2 巷道掘進超前探水方案設計

探水工作采取物探與鉆探相結合的方式進行，設計物探每間隔75 m實施一次，目的在于探明掘進迎頭前方的巖層富水特性，提供進一步的探水指導。設計鉆探工作面每間隔50 m施工一次，預計整個施工階段施工鉆場不少于45個，在每個鉆場內施工4個探水鉆孔，同時對掘進迎頭前方及底板的水文情況進行探測，對查明的異常情況及時采取注漿等加固措施進行處理。施工探水孔時，當探得的涌水量小于10 m3/h時可在允許掘進距離內繼續掘進，當探得的涌水量大于10 m3/h時則必須采取注漿等加固措施。

根據該礦的具體地質生產條件，確定巷道底板的安全隔水層厚度為15 m，在考慮突水系數的前提下，設計巷道底板的探測深度為80 m，該探測深度能夠保證足夠的安全隔水層厚度。同時，在考慮安全系數不低于3的前提下，設計計算將鉆孔的超前距及幫距均為30 m，超前距即鉆孔施工一定距離后去掉允許掘進進尺后的安全距離，幫距即鉆孔深入巷道幫部的垂直距離?；谝陨戏治觯稍O計出探水鉆孔施工方案圖如下頁圖1、圖2所示。探水鉆孔使用KQL-100型潛孔鉆機，開孔使用Φ130 mm鉆頭配合Φ108 mm×5 000 mm鉆桿，正常鉆進使用Φ90 mm鉆頭配合Φ45 mm×1 000 mm鉆桿。其中，1號鉆孔垂直煤幫向正前方打設，2號鉆孔及3號鉆孔與巷道走向呈20°角斜向外打設，4號鉆孔垂直底板打設。探水鉆孔施工過程中，必須注意各類異?，F象，如夾鉆、吸鉆、噴鉆、塌孔、帶壓水噴出等，做好詳細記錄并認真匯報。

圖1 探水鉆孔設計正視圖

圖2 探水鉆孔設計俯視圖

3 巷道底板注漿加固

3.1 注漿加固方案設計

根據物探結果及探水鉆孔情況進行分析，分析底板隔水層厚度、鉆孔涌水情況、奧陶系突水風險值，進而采取底板注漿加固措施，底板加固的注漿方式為下行式注漿法，孔口封閉靜壓注漿，采用單液水泥漿或粘土水泥混合漿，水泥為425號普通硅酸鹽水泥。注漿施工選擇使用2350型礦用鉆機、HYB80型泥漿泵、QBZ-80礦用真空開關、套管、鉆桿、鉆頭等其他附屬工具設備等。鉆孔注漿的施工工藝：定位→開孔口→下一路孔口管→下二路保護管→注漿→壓力達到注漿標準或孔內不進漿→結束。據已施工的探水鉆孔分析，注漿鉆孔在施工過程中，將使用二級套管：開孔孔徑Φ127mm，第一路為Φ108 mm護壁管，二路下Φ91 mm止水套管（保護管）。孔口管必須和孔壁固結牢固，固管采用袋裝PO32.5號普通硅酸鹽水泥，造漿時，先上水后上料，攪拌均勻，注漿固管前先把孔底巖粉沖洗干凈。采用井下注漿泵將水灰質量比0.6∶1.0～1.0∶1.0的水泥漿送入鉆孔進行固管，漿量以孔壁返漿2 min以上為準，間隔30 min補漿一次，補漿不少于三次，待凝固72 h后再掃孔鉆進，要求鉆進超過孔口管1 m，然后用清水進行打壓試驗，試驗壓力3.5 MPa，穩壓不小于30 min，試驗不合格嚴禁鉆進，應重新注漿固管，合格后方可鉆進。

3.2 注漿效果分析

當一個注漿孔施工結束后，必須對該孔進行封孔，確保無漏水或反漿等異常情況。并對注漿鉆孔進行檢測，主要是分析注漿壓力變化情況、水量變化情況、底板巖層裂隙充填情況、注漿前后探水鉆孔的涌水情況等。同時，借助物探手段，對比注漿前后底板低阻值發育異常情況。根據注漿前后的對比可以得出，注漿后探水鉆孔的涌水量基本為零，且物探表明注漿后底板富水異常情況顯著減少，表明實現了較好的注漿效果，可以在配合其他相關安全技術措施的前提下繼續掘進。

4 結語

本文基于某礦向深部延深掘進的具體地質生產條件，設計了物探與鉆探相結合的超前探水方案，當探得的涌水量小于10 m3/h時可在允許掘進距離內繼續掘進，當探得的涌水量大于10 m3/h時則必須采取注漿等加固措施，并進行了巷道底板注漿加固方案設計、施工及效果檢驗。根據注漿前后的對比可以得出，注漿后探水鉆孔的涌水量基本為零，且物探表明注漿后底板富水異常情況顯著減少，表明實現了較好的注漿效果，可以在配合其他相關安全技術措施的前提下繼續掘進。