某鐵礦強泥化強富水巷道突水治理技術研究

殷登才 孫茂貴 張清 印提軍

（安徽馬鋼礦業資源集團姑山礦業有限公司）

某鐵礦井底車場位于-500 m 水平，該鐵礦西部主井車場在掘進過程中左側頂及幫部為泥化閃長巖，在巷道淋水作用下發生塌方，隨即突水。根據地質資料，車場位于黃馬青組砂巖地層中，局部區域被閃長巖侵入。該區域黃馬青組砂巖為強富水帶，由于熱接觸及地下水的作用，閃長巖侵入體具有蝕變嚴重、遇水泥化、裂隙水含泥等特點。傳統注漿材料顆粒粒徑比泥化閃長巖中的黏粒粒徑大，注漿過程中往往因注漿量小、起壓快、細小裂隙難以被有效充填而導致注漿后掃孔反復出水問題，即使通過加密孔距增加注漿孔數量的方式強行掘進通過，在短時間內，巷道巖壁由少量滲水快速發展為淋水，最終發生塌方、突水現象。造成突水原因主要是傳統注漿材料無法充分有效地與泥化閃長巖顆粒膠結，漿液往往只能封堵裂隙口，無法形成有效厚度的帷幕，并且在地下水侵蝕沖刷過程中快速破碎帷幕，引起突水。

通常巷道突水后采用的治理方法為首先通過在巷道突出處后退一定距離位置構筑擋水止漿墻，然后注入水泥漿液充填墻后空區，最后再針對出水源施工一些注漿孔封堵裂隙［1-5］。但由于本次突泥量大，正常施工擋水墻時其預埋的導水管易被泥堵塞而無法正常導水，且在泥化閃長巖中采用傳統漿液注漿難以確保漿液與泥化巖石膠結，治理完成泥化段易出現反復出水，難以達到理想的治理效果。

針對本次突水，本文提出了一種擋泥墻控泥、擋水墻控水的雙擋墻結構體，化學漿充填細微裂隙，超前管棚預支護的綜合治理技術。該技術首先通過一系列措施，保障了巷道的安全通過，并有效地預防了在復雜工程地質、水文地質條件下巷道掘進施工過程中二次災害的發生。

1 工程概述

某鐵礦井底車場在開拓掘進中左側頂板及幫部為泥化閃長巖，由于巷道有淋水，泥化部位逐步塌方且有水滲出，隨著塌方變大出水量也變大，隨之造成突水涌泥，最終在巷道左側形成高約5 m、長約2.5 m、深度約4 m 的突水空間。經測算，最大出水量達300 m3/h，且伴隨大量泥化閃長巖顆粒涌出（圖1）。該泥化閃長巖段在掘進前，采用工作面帷幕注漿方法對裂隙進行充填加固，注漿材料采用水泥單液漿，但注漿施工時，裂隙吸漿量小，帷幕擴散半徑有限，漿液與巖石膠結差，通過對塌方碎屑觀察，未發現有較大漿巖膠結體，說明前期帷幕注漿效果差。突水后，前期治理方案為首先在巷道塌方處前3 m 處施工擋水墻，然后施工若干注漿孔對塌方體進行注漿加固。但由于塌落嚴重，泥化閃長巖隨水快速涌出使得擋水墻中預埋的導水管全部被堵塞，墻體結構無法達到設計強度，從而導致墻體、墻體與巖壁間的大量涌水，擋水墻被沖刷破壞。為此，要確保擋水墻順利地施工，需先建立一道擋泥墻，考慮險情嚴重以及工作面有二次塌方的可能性，采用機械設備對一定范圍內泥化閃長巖松散體剝離并置換為石子、巖塊等，然后快速采用袋裝水泥壘積成一道擋泥墻。險情基本控制后，再對出水區域巖體進行注漿加固。

2 治理工藝

2.1 塌方區域泥化閃長巖置換

由于巷道左側堆積大量泥化閃長巖，在注漿過程中水泥結石體無法與泥化閃長巖較好地膠結形成完整帷幕，該部位始終處于極薄弱狀態，在后期掘進中極易出現反復塌方出水。因此，需先對塌方區泥化閃長巖置換。采用井下挖機與鏟運機相配合，將向巷道左側約3 m范圍內底板1 m以下的泥化閃長巖清理干凈，然后用石子、大塊圍巖將底部填平，之后在左側靠近巷道處預留1 m 左右空區，其他均用石子、大塊圍巖逐步堆至巷道肩窩處（圖2）。

2.2 施工擋泥墻

擋泥墻施工的目的是防止塌方體中大量的閃長巖泥質涌出堵水擋水墻的引水管。在泥化閃長巖置換完成后，緊貼巷道左側，采用袋裝水泥砌筑一道長度與巷道左側塌方長度相同、寬0.5 m、高2 m 的擋泥墻。選用袋裝水泥，一方面井下儲備充足，另一方面搬運以及壘砌快速便捷，同時，水泥浸水后硬化，使得墻體具有一定強度（圖2）。

2.3 施工擋水止漿墻

根據巷道塌方位置及前期探水水壓為0.3 MPa，本次擋水墻在巷道塌方后方8 m 處施工，擋墻厚度根據計算為3 m。擋水墻施工之前對巷道底板進行清底，清底需清至硬底圍巖，由于出水水壓較低，為提高施工效率，節約搶險時間，本次擋水墻不在巷道周圍刻槽，而是采用后期對擋墻加固。在擋水墻施工時要預埋導水管，根據擋墻厚度及出水量確定埋設7根長為5 m、直徑108 mm 的無縫鋼管，鋼管一頭焊接Dg89的法蘭盤，按照底板以上0.5 m處均勻埋設3根，底板上方2 m 處埋設2根，頂板下方0.5 m 處埋設2 根（圖3）。

擋墻前后模板用袋裝水泥向上碼，中間采用強度等級C35 混凝土澆筑，澆筑時要分層振搗，保證混凝土凝析時間。施工完成后要對擋水墻實施不少于3 天時間的養護，之后用YT-28 風鉆打眼注漿的方式對墻體薄弱處加固至墻體不出現較大漏點。之后對墻體內空區充填至注漿壓力達到2 MPa。

2.4 封堵出水源細小裂隙

在巷道斷面左側開挖輪廓線內約500 mm處，布設4 個注漿孔，其中Z1孔孔位距巷道底板約500 mm高度，其余每個孔按間距1m 由下至上均勻布置（圖4），注漿孔深14 m，鉆孔參數見表1。

由于泥化閃長巖中裂隙細小，且裂隙中為泥水混合液，因此，在此類裂隙中注漿，需選擇注漿材料顆粒粒徑要小于裂隙中混合液的黏土顆粒，普通硅酸鹽水泥無法達到理想的堵水效果。在空區充填完成后，本次注漿材料采用化學漿分別為改性脲醛樹脂（A 液）與草酸（B 液），對巷道左側巖體實施注漿加固，該漿液類型為化學溶液，能夠有效封堵塌方處泥化閃長巖中的細微裂隙。

按照廠家說明書，注漿前需先獲得適合本次注漿需求化學漿液的初凝時間和終凝時間，即進行不同凝結時間的配比試驗（表2）。首先，分別配制出A液和B液，然后按不同體積比進行攪拌混合。根據本次鉆孔的深度，以及不低于5 m 有效擴散半徑的要求，最終確定本次化學漿液的配比為A液與B液的體積比1∶0.4。注漿方式采用下行式分段注漿，段長不超過5 m，同時鉆孔遇水即停鉆注漿，注漿壓力為靜水壓的2倍，達到注漿壓力后停止注漿并待凝，待凝時間為相應配比的終凝時間，然后再掃孔以及下一段鉆進施工，依此循環施工直至終孔位置。另外，若因巖層破碎，在鉆進過程中發生卡鉆、報鉆等，無法正常鉆進等問題，則需先采用水泥漿進行注漿加固鉆孔孔壁，再采用化學漿注漿封堵細小裂隙的方法。

2.5 超前管棚預支護

在上述施工步驟完成后并且待凝養護7 d后，開始掘進施工。掘進至距離塌方點3 m 位置停止，開始超前管棚施工。本次管棚加強支護范圍重點針對巷道左側泥化閃長巖區域，自巷道底板至巷道頂部共布置17 個鉆孔。鉆孔施工前先對巷道左幫進行刷擴，刷擴深度0.5 m，便于管棚鉆孔布置與巷道開挖輪廓線外，確保掘進時不被破壞。刷擴完畢后施工超前管棚鉆孔，管棚鉆孔間距為300 mm，鉆孔直徑為75 mm，終孔孔深控制為穿過泥化閃長巖段進入硬巖內3 m 位置，根據前期鉆孔資料，設計管棚孔孔深約為10 m。鉆孔施工完畢后，孔內下放直徑50 mm 鋼管作為超前支護管棚（圖5），鋼管長度10 m，最后采用水灰比1∶1的水泥漿液進行注漿封堵，確保管棚鋼管與巖層固結為一整體。

3 治理效果

該巷道在所有工藝施工完成3 d后，開始掘進施工，掘進至原巷道塌方處時，可見袋裝水泥之間間隙被漿液完全充填固結，形成一完整墻體，較好地起到擋泥作用。同時，剝開袋裝水泥擋泥墻后，大塊圍巖、泥化閃長巖與漿液膠結較好，通過手持回彈儀檢測，其強度可達10 MPa，完全滿足掘進要求。巷道掘進至原迎頭時，掌子面左下角揭露泥化閃長巖，可明顯看出左側管棚與塊狀膠結體連接緊密。再掘進3 m后，左側均為砂巖，管棚孔均穿過泥化閃長巖且進入硬質砂巖，起到了良好的預支護作用。整個掘進過程中，巷道巖壁均無滲水。治理3 個月后，該泥化閃長巖塌方部位支護結構基本無變形，說明該段突水塌方治理效果明顯。

4 結論

（1）強泥化、強富水的復雜水文地質條件下，常因注漿效果差，在巷道掘進至該區域時，易發生因片幫、冒頂及塌方，進而導通軟弱圍巖外部水體而引發突水。通過建擋水墻以及灌注傳統水泥漿，經常會因涌水中含泥量大而導致注漿效果不理想，且治理后往往因為巷道巖壁滲水量小，忽略了泥化閃長巖被地下水侵蝕的速度，支護方式不合理或支護強度難以支撐大體積的松散塌方體重量時，引發二次突水事故。

（2）根據某鐵礦在塌方突水后，通過詳細分析突水原因，制定了一種擋泥、擋水的雙擋墻+化學漿充填細微裂隙+超前管棚預支護的綜合治理方案，有效的攻克了在強泥化、強富水地層中巷道掘進施工易發生塌方突水的難題。在突水治理過程中，因搶險時間緊迫，以及防止在施工擋泥墻時發生二次塌方造成人員傷亡，而選擇采用原料充足、施工速度快捷的壘積袋裝水泥墻的方法。

（3）擋泥、擋水的雙擋墻+化學漿充填細小裂隙+超前管棚預支護的綜合治理技術充分體現了具體問題具體分析的原則，施工工藝成熟便捷，在應對相似工況的突發險情時能快速安全地完成施工。在礦山、隧道工程中，對于各類軟弱巖石、泥化閃長巖細微裂隙等復雜的工程地質、水文地質條件下的圍巖加固，能有效防止片幫、冒頂及突水，具有較大推廣意義。