底板注浆加固技术在副斜井延伸段过含水层中的应用.pdf

2 0 1 3年第 2期 煤炭工程 底板注浆加固技术在副斜井延伸 段过含水层 中的应 用 王飞，李冠军 保利能源控股有限公司 山西保利合盛煤业有限公司，山西 晋中0 3 1 3 0 0 摘要 根据矿区内域太原组 K 、 灰岩含 水层位分布及 工作面揭露涌水量情况，确定副 斜井延伸段过含水层施工方案为先对 未掘进 的副斜井井底车场、6 煤北翼集中轨道巷拐点段采 用从上部原 4 煤轨道运输巷 内布深孔进行预注浆；然后再在原 4 煤轨道运输巷 内采取 “ 深浅结 合、长短结合和外堵 内围”的施 工方法对副斜井巷道 出水处进行 注浆堵水 ，实践表 明，通过底 板注浆对副斜井延伸段改造后 ，涌水量小于 1 5 m ／ h ，实现 了矿 井有效堵水。 关键词 注浆；灰岩含水层 ；涌水量 ；施工方案 中图分类号 T D 2 6 5 ． 4 ；T D 7 4 5 ． 2 文献标识码B 文章编号1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 3 0 2 - 0 0 3 7 - 0 3 Ap pl i c a t i o n o f Fl o o r Gr o ut i ng Re i n f o r c e me n t Te c hn o l o g y t o Ex t e ns i o n S e c tio n o f M i ne Aux i l i a r y I nc l i n e d Sh a f t Pa s s i n g Th r o ug h Aq u i f e r WA N G F e i ，L I G u a n j u n S h a n x i P o l y He s h e n g C o a l C o m p a n y L t d ． ，P o l y E n e r g i e s Ho l d i n g C o r p o r a t i o n L t d ． ，J i n z h o n g 0 3 1 3 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e l e v e l d i s t r i b u t i o n o f t h e a q u i f e r s i n K4 a n d K3 l i me s t o n e o f T a i y u a n F o r ma t i o n G r o u p wi t h i n t h e mi n i n g a r e a a n d t o t h e w a t e r i n flo w q u a n t i t y f r o m t h e c o a l mi mi n g f a c e ， a fl o o r g r o u t i n g c o n s t r u c t i o n p l a n f o r t h e e x t e n s i o n s e c t i o n o f t h e mi n e a u x i l i a r y i n c l i n e d s h a f t wa s d e t e rm i n e d ． F i r s t l y ， p r eg r o u t i n g w a s c o n d u c t e d f o r t h e s h a f t b o t t o m o f t h e u n e x c a v a t e d mi n e a u x i l i a r y i n c l i n e d s h aft a n d for t h e t u r n i n g s e c t i o n o f t h e n o r t h wi n g c e n t r al r a i l w a y r o a d wa y i n No ． 6 s e a m w i t h d e e p b o r e h o l e s i n t h e r a i l w a y t r a n s p o rta t i o n g a t e w a y i n a b o v e N o ． 4 s e a m． S e c o n d a ry ， a g r o u t i n g wa t e r s e ali n g w a s c o n d u c t e d o n t h e wa t e r fl o w p o i n t s a l o n g t h e mi n e r o a d w a y o f t h e a u x i l i a r y s h a f t wi t h a c o n s t r u c t i o n me t h o d o f“ d e e p a n d s h a l l o w c o mb i n e d，l o n g a n d s h o r t a n d o u t e r s e a l i n g a n d i n n e r c u rta i n ” u s e d i n N o ． 4 s e a m r a i l w a y t r a n s p o rta t i o n g a t e w a y ． T h e p r a c t i c e s s h o w e d t h a t aft e r t h e f l o o r gro u t i n g t o t h e e x t e n s i o n s e c t i o n of t h e mi n e a u x i l i a r y s h aft for t h e r e c o n s t ruc t i o n，t he wa t e r i nfl o w q u an t i t y wa s l e s s t ha n 1 5m ／h， t he mi ne wa t e r s e a l i ng wa s e f f e c t i v e l y r e a l i z e d． Ke y wo r dsg r o u t i n g；l i me s t o n e a qu i f e r ； wa t e r i nfl o w v alue； c o n s t ruc t i o n p l a n 1 工程 概况 山西保利合盛煤业有限公司为兼并重组矿井 ，重组后 开拓水平布置在 6 1 8 m水平，副斜井 自井口向下总长度为 5 3 0 m，上段3 6 3 m直接利用原有副斜巷，标高从井 口标高 8 0 8 m至 6 3 2 m；下段为副斜井延伸段，设计总长度为 1 6 7 m，巷道宽为3 ． 6 0 m，高为 3 ． 3 m，其中，自标高 6 3 2 m 至 6 1 8 m为下山，斜长为 9 7 m，坡度 2 1 。 ，其余为平巷 即 井底车场 ，井底车场设计长度为 7 0 m。设计延伸段及井底 车场巷道直接穿太原组 K 、K ， 石灰岩。副斜井井底车场布 置示意图如图1所示。 本次施工所涉及到的含水层主要是太原组石灰岩岩溶 裂隙含水层 K 和 K 。其中 K 4 石灰岩含水层厚度 2 ． 6 4 6 ． 9 6 m，平均 5 ． 1 2 m，岩性为生物屑泥晶灰岩，顶底部多含 泥质，为过渡性岩性 ，K 灰岩裂隙发育。K 石灰岩含水层 厚度3 ． 88 ． 0 5 m，平均 5 ． 9 3 m，岩性为生物屑泥晶灰岩。 灰岩垂直裂隙发育，并具有小溶洞。太原组石灰岩含水 层充水空间较发育，富水性弱一中等。含水层之间具有 良 好的隔水层，基本未被破坏，可以隔离上下含水层之间的 水力联系。据本井田Z K一 6号孔 2 0 0 9年 太原组含水层抽 水试验，单位 涌水量 为 0 ． 0 0 2 2 L ／ Sm ，渗透 系数 为 0 ． 0 2 m ／ d ，水位标高为8 2 6 ． 6 9 m，为弱富水性含水层。 根据地质水文资料分析 ，在最初副斜井向下延深时采 取直接穿太原组 K 、 石灰岩的方案向前掘进。目前井筒 收稿 日期 2 0 1 2 0 71 6 作者简介王飞 1 9 8 1一 ，男，山西大同人，硕士，工程师，注册安全工程师，2 0 0 7年毕业于中国矿业大学 北京 资源开发与规划专业 ，现任山西保利合盛煤业有限公司总经理助理，主要从事矿井基建与技术管理工作。 3 7 煤炭工程 2 0 1 3年第 2期 中 b 剖面图轨道巷拐弯处 图 1 副斜井井底车场布置示意图 m 已经落平。但是在施工过程中揭露的现状与资料分析结果 不一致 ，尤其是实际揭露涌水量 比预测值要偏大的很多。 揭露岩层裂隙发育，岩石破碎，在副斜井延深段下部 的 4 0 m范围内，出现从巷道的顶部、帮部、底部四面涌漏水 的现象 ，最大涌水量为 8 5 m ／ h ，目前水量稳定在 6 5 m ／ h 左右，给巷道施工造成了极大的困难，安全也受到了威胁。 为了确保矿井建设速度及施工安全，决定对副斜井掘进工 作面实施注浆技术，降低涌水对施工的影响。 2 副斜井延深段底板注浆施工设计 2 ． 1 注浆施 工方 案 根据工作面涌水量及涌水范围，在工作面范围内进行注 浆堵水已不太现实，且空间狭小，不利用设备存放和人员作 业。依据巷道设计及相关资料，综合考虑目前仍然在使用的 原 4 煤轨道运输巷等条件后 ，确定施工方案如下 先对未掘 进的副斜井井底车场及 6 煤北翼集 中轨道巷拐点段采用从上 部原 4 煤轨道运输巷内布深孔进行预注浆 “ 的施工方案； 然后再在原4 煤轨道运输巷内采取 “ 深浅结合、长短结合和 外堵 内围” 的施 工 方 法对 副 斜 井 巷 道 出水 处 进 行 注浆 堵 水 。 ，从而达到堵水之 目的。即先对延深的井底车场 7 0 m段及 6 煤北翼集中轨道巷拐弯处 l O m实施预注浆；然后 再对副斜井涌水段 4 0 m实施注浆堵水施工。 2 ． 2注浆 钻孔设 计 2 ． 2 ． 1 副斜井井底车场段预注浆钻孔设计 在原 4 煤轨道运输巷 内往下打钻预注浆。设计注浆钻 孔全部布置在上部的4 煤轨道运输巷之中，注浆孔分三排 布置 即巷道两侧距井帮 0 ． 4 m的位置各布一排，巷道中间 布一排 ，孔间距 8 m 。钻孔呈 “ 三花状”布置，两侧 当 作井 帮 的所有钻孔外 偏 角 8 。 ，中间孔 垂直 布 置 ，孔深 以 3 8 穿过 l 3 灰岩 35 m为终孔标准。这样钻孔共布置 2 7个， 设计孔深约 5 0 m ／ L ，钻进工程量 1 3 5 0 m，如 图 2所示 。 图2 副斜井井底车场钻孔布置剖面图 m 2 ． 2 ． 2 6 煤北翼集中轨道巷拐点处钻孔设计 在原4 煤轨道运输巷中布孔对拐点处 1 5 m范围内进行 打钻预注浆施工，钻孔分三个断面 9个孔布置 ，钻孔距轨 道巷井帮距离为5 m，中间孔布在巷道中心，偏斜角度分别 为 7 。 、1 3 。 、1 9 。 ，到轨道 巷底板孑 L 间距 为 8 m，终孑 L 以穿 过 巷道底板 5 m为宜，最好打透 石灰岩。设计孔深约为 5 0 m，钻进工程量4 5 0 m，如图 3 所示。 图 3 6 煤北翼集中轨道巷拐点处钻子 L 布置 图 m 2 ． 2 ． 3 斜巷涌水段钻孔设计 对于已经开拓到位的涌水段的堵水施工，采用 “ 深浅 孔结合 ，内堵外围” 的施工方法。钻孔布置第一步先在上 部的4 煤轨道运输巷中施工，在该巷设计注浆孔分三排布 置，即在两侧距井帮 0 ． 4 m处各布一排，巷道中心布一排。 孔间距 8 m，钻孔呈 “ 三花状”布置，两侧的所有钻孔外偏 角为8 。 ，中间孔垂直布置，要求中间垂直孔终孔深度距副 斜井巷道顶必须保留5 m的距离。不得打透副斜井巷道。这 样在4 煤轨道运输巷中对副斜井巷道涌水 4 0 m段的注浆打 钻，共布置 1 7个注浆钻孔 其中两侧孔 1 2个 ，中心孔 5 个 ，两侧孔设计深度 5 0 m，钻进工程量 6 0 0 m，中心垂直 孑 L 设计孔深平均2 8 m，钻进工程量 1 4 0 m；另外在副斜井涌 水段巷道内进行直接堵漏的施工方法，设计布置 4 8个浅 孔，分 8排布置，每排 6个钻孔 ，每孔深度 6 m，钻进工程 量 2 8 8 m，如图4所示。 3 副斜井延深段底板注浆施工 1 施工准备。正式打钻注浆施工前 ，必须做好各项准 2 0 1 3年第 2期 煤炭工程 图 4 斜巷涌水段钻孔布置剖面 图 m 备工作，如风、水、电、通讯、照明、信号、注浆管线安 设、钻机工作台制作、机器摆放、注浆站设置、搅拌系统 形成，现场清理及相关材料的准备、加工件的制作，机具 进场等工作。 2 钻 注 浆 设 备 。施 工 选 用 Z D K 一1 2 0 0 S钻 机 2台， Y Z B 2 1 0 ／ 9注浆泵 1台，2 T G Z一 6 0 ／ 2 1 0型注浆泵 1台，J B一 5 0 0型立式搅拌机 2台及 Y T一 2 8型风钻 5台。 3 钻 注孔 技术要求 。钻 孔采用二级结 构 ，即 0 4 ． 5 m 开孔钻进采用 1 mm钻头，4 ． 5 m至终孔采用 c I 6 5 m m裸孔 钻进 到底 。 4 孔 口套管加工及固管要求。套管用 8 9 mm的无缝 钢管制作，每孑 L 长度4 m 分二节加工，每节长 2 m ，套管 上口焊有与高压闸阀相匹配的法兰盘。待孔深打到 4 ． 5 m 后，将孔 内清干净 ，然后下入孔 口套管。用注浆泵注入 P ． 0 4 2 ． 5 R普通硅酸盐水泥制成的浆液，浆液水灰比为 1 1 0 ． 8 1 ，待浆液凝固达到强度后，用钻机进行扫孔到孔深 4 ． 5 m，进行清水耐压试验 ，若发现孔口有跑、漏水的情况， 则要进行重新固管，要求达到设计注浆压力 ，孔 口无跑漏 水、漏气的情况发生方可结束转入下一步程序施工。 5 搅拌站设置。根据矿井巷道的布置及本次钻注浆施 工的特点，设计将注浆站安设在轨道运输巷上口，这样便 于注浆材料的堆放及兼顾斜巷漏水点的注浆施工，同时也 兼顾到了井底车场的注浆施工。 6 注浆材料的选择。依据岩层条件，裂隙岩溶的发育 情况，本次堵水注浆 、预注浆施工设计确定以单液水泥浆 为主、水 泥 水玻 璃 双 液 为辅 的施 工 方 法，水 泥 采 用 P ． 042 ． 5 R普通硅酸盐水泥，水玻璃选用波镁度4 0～ 4 5 、模 数 2 ． 5～3 ． 0的材料。 7 现场浆液配制。浆液的配制浓与稀、水玻璃用量的 多与少要在施工中根据进浆情况压力大小适时调整，一般 来讲应坚持先稀后浓 ，循环渐进的施工方法，本次方案设 计暂确定单液水泥浆水灰比配制的三个等级，即 2 1 、1 ． 5 1 、l 1 ，水泥、水玻璃双液浆配合 比采用 1 0 ． 51 0 ． 8 体积比 。单液水泥浆现场配制表见表 1 。 8 注浆压力确定。注浆压力是浆液在受注岩体中运移 所需的总动力，压力的大小因注浆的 目的作用不同而有所 变化，它直接影响到注浆的效果，采空区的充填注浆、井 壁充填加固注浆、堵水注浆、工作面预注浆、采取的压力 各不相同，本次注浆一是堵水加 固注浆，二是打深孔预注 浆施工，根据以往对各地注浆的经验和计算确定本次注浆 施工的压力，在副斜井涌水段堵水加固注浆压力取静水压 力的2倍，在井底车场及 6 煤北翼集中轨道巷拐点处的预 注浆段注浆压力取静水压力的3倍。 表 1 单液水泥浆现场配制表 9 注浆结束标准。单孔注浆压力达到设计终压，泵量 小于l Mm i n ，稳定 1 5～ 2 0 mi n即可结束单孔注浆，在涌水 段若单孔注浆时出现跑浆较严重的情况，可进行间歇注浆 施工或调整为双液浆，使其加快速疑。施工结束后总涌水 量不得大于 1 5 m ／ h 。 1 0 预计注入量。该工程暂时按照涌水的情况、巷道 的长度、岩溶裂隙状态，进行注入量的估算 ，在轨道运输 巷共布置 8 7个注浆钻孔，每孔按 1 0 t 水泥估算，约需 8 7 0 t ； 斜井巷道内堵水共布置4 8个注浆孔 ，每孔按 4 t 估算，约需 水泥 1 9 2 t ，水玻 璃约需 1 0 0 t 。 4 效果分析 注浆施工分两期进行，分别 为 2 0 1 1年 1 2月 4日至 2 0 1 2年 1 月 7日、2 0 1 2年 3月 3日至 3 月 1 0日，共计 4 2 d 。 其间共打钻孔 2 6 7 2 ． 2 m，单液浆注入 4 1 6 ． 8 t ，双液浆注入 1 7 2 ． h。经过一个月的观察，工作面迎头淋水比未注浆前有 了明显变化 ，减小到 7 m ／ h ，副斜井井底车场涌水段水量 减小到 5 m ／ h ，合计工作面涌水量 1 2 m ／ h 。达到了方案预 期的效果，大大改变了工作面作业环境 ，提高了工程进度 ， 为矿井主斜井和行人斜井下一步穿越 K 、K ， 含水层总结了 非常好 的经验 。 参考 文献 [ 1 ] 崔文龙 ．工作 面预注 浆在治 理砂砾 岩涌 水 中的应用 [ J ] ． 煤炭技术 ，2 0 1 2，3 1 5 1 2 2～1 2 4 ． [ 2 ] 洪木银．强含水层暗斜井掘进工作面预注浆方法 [ J ] ．焦 作工学 院学报 自然科 学版 ，2 0 0 4，2 3 5 3 4 6～ 3 4 8 ． [ 3 ] 王保东 ．皮带斜井工作面预 注浆 施工技术 [ J ] ．现代矿业 ， 2 0 1 2 ，2 8 4 1 0 4～1 0 5 ，1 3 0 ． [ 4] 张文根 ．赵庄 矿主斜 井过砂岩 含水层 预注浆施 工 [ J ] ．煤 炭技术 ，2 0 o 5 ，2 4 1 2 6 9～7 0 ． [ 5 ] 赵文华 ， 王建波，胡东亮，等．红柳煤矿 1 1 2 2工作面辅运 巷注浆堵水 技术实 践 [ J ] ．中国煤炭，2 0 1 1 ，3 7 3 1 0 5～1 0 7． [ 6 ] 刘洪林．注浆堵水技术在龙门煤矿的应用 [ J ] ．中州煤炭， 2 0 1 1 ， 4 1 1 0～1 1 2 ． [ 7] 崔邦军 ．柠 条塔 煤矿 注浆堵 水工 程及效 果 [ J ] ．地 下水 ， 2 0 1 1 ，3 3 5 1 0 1 ～ 1 0 2 ． 责任编辑张宝优 3 9