明斜井過老巷老空水防治技術(shù)研究

于文杰

（同煤集團(tuán)云岡礦，山西 大同 037003）

同煤集團(tuán)云岡礦明斜井井筒設(shè)計(jì)全長1377.2m，井筒開口標(biāo)高為+116.0m，井底落底標(biāo)高-232.7m。其中表土段長209.6m，半圓拱形斷面，凈寬5600mm，凈高4100mm，凈斷面積為19.6m2，采用36 U 型鋼混凝土聯(lián)合支護(hù)，間排距500mm，混凝土壁厚450mm，強(qiáng)度等級(jí)C25。基巖段長1167.6m，錨網(wǎng)噴支護(hù)。明斜井井筒通過鐵路、老巷、老空等復(fù)雜地段，水文地質(zhì)情況相當(dāng)復(fù)雜，給施工帶來了很大困難。針對(duì)這一情況進(jìn)行明斜井過老巷老空水防治技術(shù)的研究。

1 過老巷老空水防治方案整體設(shè)計(jì)

結(jié)合云岡礦目前的施工方法，針對(duì)明斜井過老巷老空水采用排、堵結(jié)合的防治方案進(jìn)行治理。

隨著工作面延深采用超前探放水，提前將老巷、老空水放出，在明斜井設(shè)計(jì)巷道左右兩側(cè)約6m 寬采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行注漿堵水，形成一道寬約18.5m 的帷幕注漿走廊。每次注漿長度為15m，形成無水區(qū)后再掘進(jìn)。掘進(jìn)前首先進(jìn)行預(yù)注漿效果檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后方可施工，依次循環(huán)穿過采空區(qū)。

該防治方案的優(yōu)點(diǎn)：老巷至采空區(qū)段積水已排盡，無水壓威脅。超前堵水有成熟經(jīng)驗(yàn)，可行性強(qiáng)，安全施工有保證，但是注漿邊界較難控制，在施工中必須進(jìn)行控制。依排、堵結(jié)合方案，在明斜井穿過采空區(qū)內(nèi)、明斜井巷道頂板距采空區(qū)巷道底板垂高5m 范圍內(nèi)進(jìn)行帷幕注漿，將采空區(qū)坍塌內(nèi)裂隙用漿液充填實(shí)，形成一道預(yù)注漿走廊，達(dá)到堵水隔水目的。采空區(qū)注漿段總長50m，按每次注漿長度為15m、留5m 超前距計(jì)算，共需5 個(gè)循環(huán)。

2 掘進(jìn)施工方案的設(shè)計(jì)

2.1 有掘必探先探后掘

過老巷、老空時(shí)采用風(fēng)鎬配合小型挖掘機(jī)挖掘施工，永久支護(hù)形式為36 U 型鋼金屬支架+砌碹，金屬支架棚距500mm，砌碹厚度450mm。掘進(jìn)500mm 后及時(shí)架設(shè)金屬支架進(jìn)行支護(hù)，砌碹段距掘進(jìn)工作面不得超過2m。掘進(jìn)過程中按要求進(jìn)行長探，探明明斜井下部地質(zhì)構(gòu)造并進(jìn)行超前探放水施工。一次探長30m，留超前距不低于20m。

2.2 工作面管棚預(yù)注漿

探放水施工后，穿越過老巷道時(shí)需進(jìn)行工作面管棚預(yù)注漿，固化工作面巖土，防止施工過程中片幫，保證施工安全。一次施工10m，掘進(jìn)6m，保持不低于4m 的超前距離。

2.3 加強(qiáng)掘進(jìn)中的臨時(shí)支護(hù)

在掘進(jìn)過程中除管棚支護(hù)外，每掘進(jìn)500mm即需進(jìn)行全斷面錨網(wǎng)支護(hù)。打Φ40mm×1800mm金屬管縫式錨桿及直徑為4mm、 網(wǎng)格為40mm×40mm、長×寬=2400mm×900mm 的金屬網(wǎng)。工作面空頂距不得超過500mm，達(dá)到500mm應(yīng)及時(shí)進(jìn)行金屬支架支護(hù)，以保證施工中的安全。

3 明斜井過老巷老空水的實(shí)踐

3.1 探放水施工

在穿越老巷、采空區(qū)過程中應(yīng)在老巷開口位置、采空區(qū)中段及下段設(shè)置積水觀測兼放水孔，其技術(shù)要求如下：（1）觀測孔應(yīng)采用Φ108mm 的鋼管，長度要求深入到老巷、采空區(qū)內(nèi)；（2）第一個(gè)老巷穿越后，在老巷開口處兩側(cè)各設(shè)置1 組觀測孔，每組2 個(gè)；（3）在初始揭過采空區(qū)以下30m 左右設(shè)置1 組，并設(shè)孔口管、裝置閥門；（4）在采空區(qū)結(jié)束前適當(dāng)位置布置觀測孔一組，埋設(shè)孔口管、裝置閥門。

明斜井施工至294m 處，為提前探明前方采空區(qū)位置，決定采用物探儀進(jìn)行探測，探測結(jié)果如圖1 所示。

圖1 物探儀探測前方采空區(qū)位置的結(jié)果

根據(jù)圖1 可知，在掘進(jìn)工作面前方80m 左右為相對(duì)低阻區(qū)，推斷其可能賦水，而施工中實(shí)際揭露賦水位置在382m 處，說明探測結(jié)果可行性比較強(qiáng)。

按照探水方法，執(zhí)行探水安全施工措施，共計(jì)探水26 次，探孔312 個(gè)，探長30 ～48 m。其中65m、80m、440m、467m、495m、510m、530m 處無水，單孔涌水量最小5m3/h，最大40m3/h。

3.2 明斜井下穿鐵路橋的施工方案

明斜井井口北邊66～74m 處三條鐵路線為主運(yùn)煤線路，明斜井開口下52m 處開始過鐵路，86m 處過完，斜長34m。巷道頂板距鐵路最小距離13m，其中回填土厚8m，此段為第四系黏土層，局部有地表水滲水淋水情況，水量約5m3/h，黏土遇水膨脹，強(qiáng)度迅速降低，施工難度及風(fēng)險(xiǎn)均較大。因此采用工作面管棚預(yù)注漿與鐵路懸吊加固的施工方案。

3.2.1 鐵路懸吊加固技術(shù)

加固范圍為順鐵路線方向以明斜井中心為準(zhǔn)兩側(cè)各8m，三條鐵路線沿鐵路線方向均采用16m 工字鋼組成縱梁，縱梁兩端各設(shè)1 座枕木垛支點(diǎn)。橫向采用鋼枕作為橫梁，共布置15 根。橫縱梁采用高強(qiáng)螺栓及吊絲連接，通過對(duì)鐵路線懸吊加固，使該段鐵路線在行車時(shí)將動(dòng)荷載作用在懸吊梁上，減小對(duì)井下掘砌影響。

3.2.2 工作面管棚預(yù)注漿技術(shù)

（1）止?jié){墻施工。首先距掘進(jìn)工作面2m 處按設(shè)計(jì)尺寸壘砌或錨噴一道止?jié){墻，止?jié){墻厚0.5m，混凝土標(biāo)號(hào)為C25。止?jié){墻深入巷道輪廓線外300mm，需事先開槽。止?jié){墻施工好后噴射混凝土把井壁與止?jié){墻周邊銜接的溝槽填平。凝固48h 后加固止?jié){墻。

（2）注漿施工。工作面預(yù)注漿鉆孔施工分兩段進(jìn)行，每段10m。預(yù)注漿在明斜井荒斷面周邊輪廓線上布置35 個(gè)鉆孔，中部布置10 個(gè)探放水孔作為補(bǔ)強(qiáng)注漿孔，全斷面共計(jì)布置45 個(gè)鉆孔。注漿把巷道周邊10m 范圍內(nèi)空隙用水泥漿液充填飽滿，使注漿區(qū)域表土層形成一個(gè)堅(jiān)固的隔水帷幕。終孔注漿壓力控制在3MPa，以不造成井壁及止?jié){墻損壞為準(zhǔn)。擴(kuò)散半徑控制在5m 左右。

（3）注漿參數(shù)的選擇。水泥漿的水灰比為1:1～0.6:1（重量比），水泥漿與水玻璃的體積比為1:0.8，防水劑加量是水泥重量的5%，終孔壓力按3MPa 控制，擴(kuò)散半徑按5m 控制。

進(jìn)行工作面管棚預(yù)注漿能加固明斜井頂板的強(qiáng)度，并且注漿后還可以減少因輕車過往震動(dòng)引起的明斜井頂板支護(hù)裂隙滲水和斜井頂板塌方。

3.3 明斜井過老巷及采空區(qū)的施工方案

3.3.1 工作面管棚加固注漿

按照管棚預(yù)注漿設(shè)計(jì)校對(duì)好鉆孔方位及傾角后緊固鉆架，開鉆后慢速推進(jìn)200mm 后再重新校對(duì)鉆孔方位及傾角，無誤后方可繼續(xù)推進(jìn)。本次工作面預(yù)注漿鉆孔施工深度為10m，鉆孔成孔后安裝中76mm×5mm×10m 的管棚管，定量、定壓進(jìn)行注漿。鉆孔施工過程中遇到矸石破碎塌孔時(shí)及時(shí)起鉆，下Φ40mm 高強(qiáng)塑料管至孔底，用I 型錨固劑固管。連接注漿管路進(jìn)行注漿，當(dāng)注漿壓力達(dá)到1MPa 時(shí)停止注漿，進(jìn)行掃孔鉆進(jìn)，直至鉆到設(shè)計(jì)孔深。收鉆后，在鉆孔內(nèi)安裝Φ76mm 管棚管進(jìn)行注漿，讓管棚管中的漿液順著鉆孔向外回漿，使管棚管周圍充滿漿液并與巖層固化形成堅(jiān)固的整體。封孔壓力控制在3MPa 以內(nèi)。施工一個(gè)孔，安裝一個(gè)孔，注一個(gè)孔，直至注漿結(jié)束。每循環(huán)注漿10m，掘6m，預(yù)留4m 超前距，不斷循環(huán)。

3.3.2 采空區(qū)加固注漿

將加工好的一端帶有絲扣、另一端帶有導(dǎo)向帽且鉆有花孔的Φ25mm×6m 預(yù)埋注漿管下到巷道采空區(qū)不同方位，外露迎面墻200mm。對(duì)采空區(qū)出水的地方，用風(fēng)鉆在老空底板下300mm 巖層位置打仰角鉆孔，安裝Φ42mm×3m 注漿塞或中19mm×3 m 高壓膠管將水導(dǎo)出。止?jié){墻施工48h 后把注漿錨桿及高壓膠管封堵，并對(duì)預(yù)埋注漿管進(jìn)行注漿充填，然后在迎面墻布置兩排“一字型”鉆孔，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行注漿加固。一排鉆孔布置在F 組煤內(nèi)，另一排鉆孔布置在丙3 煤底板以下800mm 處，封孔壓力達(dá)到1～1.5MPa 時(shí)停止注漿，換孔注漿，直至注漿孔注完為止。超前加固注漿在明斜井荒斷面周邊輪廓線上布置16 個(gè)管棚鉆孔。注漿擴(kuò)散半徑為5m，即把巷道周邊5m 范圍內(nèi)的空隙用水泥漿充填飽滿，使注漿區(qū)域形成一個(gè)堅(jiān)固的整體帷幕。采空區(qū)選用雙液漿+成品粉煤灰相結(jié)合注漿法，終孔注漿壓力控制在1～1.5MPa；工作面序列管棚超前加固注漿，選用水泥—水玻璃雙液漿注漿法，擴(kuò)散半徑控制在5m 左右，終孔注漿壓力控制在3MPa 以內(nèi)。

巷道掘砌通過F 組煤主副斜井及采空區(qū)后，對(duì)明 斜 井86～143m、200～260m 和377～464m 段 進(jìn) 行壁后注漿，讓注漿管中漿液順著鉆孔向外擴(kuò)散，使巷道周圍巖層內(nèi)的空隙充滿漿液，從而形成一道隔水帷幕，把老巷、老空積水排在帷幕以外，達(dá)到徹底封存積水、防涌水目的。壁后注漿封孔壓力控制在4～6MPa。

4 治理效果分析

針對(duì)云岡礦明斜井過老巷老空水防治采用排、堵結(jié)合的治理方案，積水注漿堵水工作從開始實(shí)施到到堵水結(jié)束共用時(shí)31d，共消耗水泥漿與水玻璃1000t。井筒老巷段揭開后，沒有發(fā)現(xiàn)存著漏水現(xiàn)象，堵水效果理想，這充分表明本次的水患防治技術(shù)方案是合理的。砌壁完成并經(jīng)壁后注漿加固后9 個(gè)多月，老巷段及上下井壁無任何異常，井壁質(zhì)量穩(wěn)定，井筒通過積水老巷由被動(dòng)的強(qiáng)行排水轉(zhuǎn)變成主動(dòng)的注漿堵水，堵水效果理想，為同類型的明斜井過老巷老空水防治提供了技術(shù)參考。