安徽省淮北市吳冬煤礦中間通風巷道建成後,因巷道冒頂變形使支架坍塌,裂隙導通水量增大,將表土層泥砂帶入巷道,使地表下沈,形成深2m、直徑6m的塌陷坑,並有逐漸擴展趨勢,被迫淹井。采用地面打鉆孔充填骨料和註漿,***施工3個鉆孔,用1個月的時間就封堵了通風巷道,堵水率達100%,順利恢復礦井生產。
1、基本情況
吳冬礦第四系沖積層厚35m,主要由砂、砂質粘土及底部隔水性差的粘土層組成。風化基巖垂深55m,主要由砂巖、泥巖組成,巖性松軟。建井期間,揭露沖積層與風化巖層混合湧水量330m3/h.
該礦建有提升井和風井兩個井筒,深度分別為90m和47m,第1水平運輸巷道垂深90m,中間巷道為45°半煤斜巷,長66m,與第1運輸巷貫通,在深65m處開鑿另1條下山聯絡巷與運輸巷交接。該通風巷道在掘進過程中采了部分煤,出現過溜煤、冒落,向上影響到裂隙帶,裂隙溝通,將上層水導入巷道(湧水250m3/h),將表土層泥砂帶入巷道,使地面下沈,形成了深2m、直徑6m塌陷坑,並逐漸擴展,湧水量增加。井下水倉泥砂淤積,不能正常運轉,被迫淹井。
2、治水方案
基巖風化帶厚20m,富水性強。通風巷道上段位於弱風化巖石中,巖石松散、裂隙發育,加之上層水導入巷道,造成巖體破壞,失去穩定,使表土層和基巖風化帶的水夾帶泥砂大量湧入巷道淤積,水帶泥砂沖刷松散的巖體,路徑短、流速快,巷道又具有泄壓儲砂條件,勢必擴大過水通道,使湧水量增大,直至疏幹上部地層中的儲水,但又不具備這壹條件,只有采取封堵巷道湧水措施。
考慮到巷道湧水量大,上段圍巖不穩定,已經壹部分冒頂,支架坍塌,若采用局部封堵,巷道頂部的水體作用未排除,仍威脅礦井安全。所以決定將導水的通風巷道全部封堵。目前,常采用註漿固結封堵,較為經濟合理、安全可靠。故可采用井下工作面註漿或地面打鉆註漿2種施工方案。
方案1,即井下工作面註漿。需在通風巷道的下端和聯絡巷道上端各砌築1道止漿墻封閉通風巷道中的湧水,然後通過止漿墻由下至上灌註水泥漿或水泥砂漿充填通風巷道。此方案工藝簡單,施工方便;但是,通風巷道均為煤-巖巷,頂底板為松散巖石。在圍巖松散巷道中構築止漿墻,難以封閉巷道內湧水,存在淹井的威脅,也無法進行帶壓註漿。
方案2,即從地面打孔鉆透巷道,再灌骨料充填、註漿固結。需在通風巷道下端和聯絡巷上端砌築1道擋漿墻,淹井後在靜水條件下防止註入漿液流入運輸巷道。此方案施工安全,而且灌入石渣骨料充填巷道,節省水泥,質量可靠;但是,增加打鉆孔的工程量,施工難度大,要求高。
從施工安全和質量考慮,確定選用第2方案。
3、註漿施工設計
註漿封堵通風巷道的出水段,先堵兩頭,後針對出水段加壓註漿,既保證巷道註漿充填密實,還可以封堵巷道頂底板巖石裂隙的過水通道。
註漿施工設計有以下內容:
(1)註漿孔數。沿巷道中線布置註漿孔3個,由下至上排列,孔間距分別為14m和12m,
(2)註漿孔深度。1號孔79m,2號孔65m,3號孔53m.
(3)巷道充填骨料用量。通風巷道斷面為梯形,其面積S=(1.62.5)×1.6÷2=3.3m2,3號孔以下斜巷為充填骨料長度L=58m.則骨料用量V=SL=3.3×58=191.4m3.
(4)註漿參數。
①註漿壓力:巷道充填骨料後才能使註漿升壓。兩端孔註漿結束壓力需大於1倍靜水壓;中間註漿孔註入的漿液需壓入裂隙封堵過水通道,相應的註漿壓力要高,為靜水壓力的2~2.5倍。
②註漿量:充填巷道容積中石渣空隙、塌陷冒落空間及巷道圍巖裂隙的漿液,因離風化帶表土層近,不可避免地會竄入上部松散地層。預計漿液註入量為:
Q=A(nSL0.5mLHd)/βS(66-L)
式中:A為漿液擴散消耗系數,取1.5;S為巷道斷面積,S=3.3m2;L為充填巷道長度,L=58m;H為冒落平均影響高度,H=4m;d為冒落影響底邊寬度,d=1.6m;n為石渣空隙率,n=40%;m為冒落影響松散帶孔隙率,m=20%;β為漿液結石率,β=85%.經計算,得出需註入漿液量約227m3,折合成水泥193t.
4、註漿施工
將通風巷道中線投影到地面,並確定主要出水點位置,經復測誤差不超過10cm時定出鉆孔的位置,分別安裝鉆機打孔。
4.1註漿孔鉆進
(1)鉆孔結構。用φ168mm鉆頭開孔,鉆進進入完整基巖3m,下入φ146mm套管,用0.75∶1水泥漿全管固結,下部為φ108mm孔徑,以便灌骨料和註漿。
(2)註漿孔要求。按工程鉆孔規範,鉆孔偏斜率小於8‰,但孔深均不超過100m,斜距不超過0.8m,正常作業能達到透巷目的。
(3)鉆具組合。用φ108mm巖芯管下接筒狀取芯鉆頭,上接φ73mm、長8m加重鉆桿,用φ50mm鉆桿帶動,取芯鉆進註漿孔段。
4.2灌骨料
選幹凈的石渣為骨料,粒徑不超過15mm,孔隙率為40%.投渣前將φ50mm鉆桿下到孔底,探明孔底深度,並開泵送清水沖開孔底淤積的泥、砂等物。在孔口安設溜槽,人工上料將石渣送入溜槽內,並用清水沖帶槽中的石渣進入鉆孔,水渣比保持10∶1~4∶1,能長時間正常灌註。當骨料受阻時,啟動鉆機旋轉或上下竄動鉆桿,同時在鉆桿底部接壹段微彎的短管,轉動時撥動石渣向四周離散。當石渣充填高度超過巷道頂0.5m時,停止灌渣,轉入註漿。
4.3註漿作業
(1)註漿順序。先註1號、3號孔,封堵通風巷道兩端,使出水段巷道處於封閉狀態,便於中間後施工的2號孔擠壓註漿,以提高固結體密實度。
(2)註漿施工。先將鉆桿下入孔內,使其插入巷道石渣並接近底板。安裝孔口密封裝置,使套管和鉆桿間封密能承受註漿壓力。連接孔口裝置和輸漿管路,用泵壓送攪拌好的濃水泥漿到巷道底部(因水泥漿比重大,滲透性好,可將石渣空隙中的水置換,使漿液面逐漸升高),隨後上提鉆桿,當鉆桿下端距巷道頂0.5m時,註入1∶1水泥漿。巷道敝口,過漿通道開放時,采用定量灌註,然後再掃孔多次復註,直到過漿通道堵塞,註漿壓力升高,1號孔壓力達到1MPa、3號孔壓力達到0.7MPa(均大於1倍靜水壓力),達到註漿結束標準。後施工的2號孔是註漿重點,不但將巷道中石渣殘留空隙充填密實,而且還需封堵圍巖的過水通道;將鉆孔延深至巷道底板下3m,利用註漿管分別對巷道底板、中部、頂板進行反復註漿,漿液濃度依次逐漸變稀,最後以水灰比1.5∶1的稀漿註到壓力達到1.5MPa.
註漿施工歷時1個月,註入骨料183m3、水泥225t,排水後其它巷道基本完好,通風巷道堵水率達100%,順利恢復生產。
5、結語
(1)吳冬礦通風巷道上段處在弱風化巖層中,巖性松散,離第四系含水層近,水量大,無穩定的隔水層保護,威脅著礦井安全,采用封堵導水的通風巷道,以保礦井安全生產,措施可行。
(2)采用3個孔地面註漿施工方案,提供了安全方便的施工條件。由於技術措施可行,3個鉆孔全部打中巷道,灌入大量石渣充填,不但節省水泥,同時也提高了封堵巷道的固結質量,僅用1個月時間堵住巷道湧水達100%,礦井排水後,其它巷道基本完好,消除了礦井水害威脅。
(3)施工設備簡單,工藝簡便,註漿堵水效果好。此方法可用於類似工程動水條件註漿。
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