上河煤礦井下突水點注漿封堵施工技術探討

牛永波，陳禹旭

(陜西省一三一煤田地質有限公司，陜西 韓城 715400)

1 工程概況

上河煤礦5-2煤皮帶下山運輸斜巷掘進至120 m處時，在巷道迎頭20 m范圍內出現了4處突水點，均為底板出水，其中在巷道迎頭后方約10 m范圍內有3個較大突水點(約8 m3/h、9 m3/h、16 m3/h)，見圖1。后方19 m處有1處出水點(約3 m3/h)。總涌水量約35 m3/h，經采樣，對水質進行分析和測量靜水位標高，初步確定突水水源為5-2煤層頂板水，雖然經過長時間排水，但涌水量一直未衰減，保持穩定，導致巷道掘進工作無法進行，施工治理迫在眉睫。

圖1 出水點位置圖

2 注漿封堵施工技術

2.1 注漿封堵方案選擇

針對巷道底板突水問題，一般采用“截”“堵”“排”等方法。但不同方法各有利弊，因此要正確選擇。經過長時間排水，巷道迎頭涌水基本穩定，但水量一直不減，可以確定用直接排水方法難以解決當前問題。雖然突水層位大致確定，但出水源頭尚未查明，因此無法采取“截”的方法，“堵”的方法成為唯一可選方案，故決定采取注漿堵水方法進行治理。

2.2 注漿方案思路

該巷道出水點為開放性出水，又是下山巷道，給堵水布孔帶來很大困難。堵治水計劃分兩部分進行：把動水變成靜水進行治理。在出水點上部用混凝土做一個止漿墊，把動水封閉到止漿墊以下，再進行注漿堵水。構筑止漿墊時預埋2根Φ32 mm鋼管進行注漿，注漿壓力達到設計要求時在巷道底板和兩幫均勻布置6個孔，打穿止漿墊進行檢查，有水繼續注漿，無水破墊掘進。

2.3 止漿墊的厚度計算及構筑

2.3.1 止漿墊厚度計算

根據止漿墊厚度計算公式計算止漿墊厚度：

L=L1+L0

Li=[ln(γoγfγdP)-ln(ft)]/0.3986

=[ln(1.3×1.5×1.8×0.5)-ln1.5]/0.3986

=0.4 m

Li-止漿墊應力衰減段計算厚度，m；γo-結構的重要性系數，取1.3，下同；γf-作用的分項系數，取1.5，下同；γd-取1.2～2.0，水壓大、巷道凈斷面積大時取大值，計算取1.8；P-水壓，考慮靜水壓與動水壓并留有一定富裕系數，取0.5 MPa；ft-混凝土的抗拉強度設計值，當混凝土標號為C30時取1.5；L0-止漿墊應力回升段厚度，取1.0～2.0 m，本次計算取2.0 m。

由上式計算得L=Li+L0=0.4+2.0=2.4 m，取2.5 m。

2.3.2 止漿墊構筑

采用石子、河砂及水泥(42.5 MPa普通硅酸鹽水泥)按比例攪拌成C30混凝土，構筑止漿墊。

濾水層鋪設。澆筑止漿墊前，在突水點的上面至巷道迎頭用碎石鋪設濾水層，濾水層上面鋪油氈，如圖2所示。

圖2 止漿墊結構圖

止漿墊澆筑及孔口管埋設。濾水層鋪設好后澆筑混凝土止漿墊。止漿墊厚度為2.5 m，強度等級為C30，一次完成澆筑。澆筑時，混凝土中摻入高效減水早強劑，摻入量為水泥的2%。

鋪設濾水層和澆筑止漿墊時，預埋2根8.4 m長、規格為Φ273 mm、可容納潛水泵的導水管，其下部1 m為花管，用濾水網包裹。導水管上端高出止漿墊6.0 m，管口帶法蘭盤。此導水管的用途是在澆筑止漿墊時作為排出工作面涌水的通道。同時預埋2根9.0 m長的Φ32 mm鋼管，其上端高出止漿墊6.5 m，既可做注漿管也可做觀測管。止漿墊混凝土養護5～7 d后，停止抽水，提出潛水泵，封閉所有預埋管和導水管，觀察止漿墊及巷壁漏水情況，若有漏水部位，必須打眼下管，采用輕質高強度的有機發泡化學漿—固特瓏進行注漿充填與加固，濾水層注漿加固利用預埋的注漿管進行。注漿壓力達到5.0 MPa時停止注漿。

2.4 探水孔(注漿孔)施工

止漿墊密封質量合格后，采用ZQJ-3600/7.1型架柱式氣動鉆機分別在巷道兩幫及頂底板施工探水孔，兩幫探水孔位置位于止漿墊外3.5 m處，與巷道夾角22°，底板探水孔位置位于止漿墊外3.5 m處，與巷道底板夾角為17°，鉆孔規格為Φ92-52 mm，終孔層位均為出水點水平及垂深2.0 m。成孔后，每孔各安設Φ75×6 000 mm孔口管1根，用化學漿(固特瓏)進行固管，起到放水、泄壓作用，給后續注漿創造條件。

2.5 注漿材料及配合比

注漿堵水材料選用(水泥—水玻璃雙液漿)42.5 MPa普通硅酸鹽水泥、水玻璃及FGN添加劑，其配比如下：水泥漿液水灰比應控制在(0.65～1)∶l。水玻璃波美度(濃度)為33°～40°Be′，模數2.4～3.4。水泥與FGN加固補強型特種添加劑之間的比例應根據現場實際情況隨時調整，一般控制在l∶(0.005～0.01)。

2.6 注漿參數的確定

根據出水點巷壁煤巖體的具體特點和壁后注漿堵水施工工藝，結合煤層最小抵抗面及碹體圍巖條件，在供風壓力不低于0.5 MPa時，設計注漿終孔壓力控制在2～3 MPa。

3 注漿效果檢驗

連續7 d通過預埋注漿管對出水點進行注漿，共計注入水泥58.0 t，發現巷道底板涌水減少，只有少量滲水現象。之后，對巷道頂底板及兩幫施工了6個探水孔，僅在底板的檢2孔及檢3孔出現涌水，隨后對檢2及檢3孔進行雙液注漿，共注水泥28.45 t，水玻璃0.73 t，巷道兩幫施工的檢1、檢4、底板檢5、頂板檢6孔均無出水情況，礦方后期反饋已安全渡過該突水點，說明該治理方案合理，注漿效果明顯。

4 結論

對上河煤礦5-2煤皮帶下山迎頭后20 m范圍突水點的治理效果明顯，注漿堵水率達98%。將原來35 m3/h涌水量治理到巷道頂底板只有少量滲水和滴水，為巷道順利掘進提供了安全保障，也為類似礦井巷道治理提供了可借鑒的成功經驗。