红柳煤矿掘进大巷过断层帷幕注浆技术

2014-04-20马涛

中国煤炭 2014年2期

马涛

（神华宁夏煤业集团，宁夏回族自治区银川市，750011）

1 煤矿概况

神华宁夏煤业集团红柳煤矿是一座设计生产能力为800万t／a的大型矿井，位于宁夏回族自治区灵武市马家滩镇内。目前红柳煤矿在掘巷道为二煤层带式输送机巷及二煤辅运大巷，两条大巷均沿二煤层顶板掘进。采用综掘机施工，锚带网索喷支护。根据现场实际观察，两条大巷已掘巷段围岩控制较好，未出现喷层开裂、片帮及顶板破碎等现象，矿压显现较小且无淋水。2011 年9 月当两条大巷掘至距DF6-1断层50m 左右时，为探明该断层是否导水，在带式输送机巷施工了5个超前探放水钻孔，孔内累计涌水量120 m3／h；辅运大巷施工了11个孔，孔内累计涌水量212m3／h，表明DF6-1断层具有较强的导水性。为确保安全及有效控制，对两条大巷在锚带网索喷支护的基础上，架设了排距0.8m 的U29型钢棚。当带式输送机巷及辅运大巷继续掘进至距DF6-1断层分别为17m和11m 时，其掘进头均出现了严重的冒顶，分别有3～4架U29型钢棚被压垮，同时出现了80m3／h和130m3／h的涌水量。

2 堵水方案及注浆工艺

由于二煤层带式输送机巷及辅运大巷掘进头均出现了严重的冒顶事故并伴有较大的涌水量，致使两条大巷停止了继续掘进，经过近3个月的疏放水后，涌水量未出现减少，表明DF6-1断层具有较强的补给通道，需采取有效堵水措施减少水的补给，确保两条大巷复掘时安全施工。

2.1 堵水方案设计

为了封堵两条大巷掘进头前方DF6-1断层的导水通道，使其形成一定厚度的隔水密闭圈，经工程调研及超前瞬变电磁探测，并结合现场实际状况，对两条大巷设计了深孔帷幕注浆方案。

（1）掘进头充填：用编织袋装砂或矸石充填掘进头与密闭墙之间的空间。

（2）浇筑掘进头密闭墙：浇筑前沿大巷断面周边每隔0.8 m 安装锚杆，锚杆规格为ø20 mm×2000mm，用树脂药卷实施端锚，且每根锚杆外露长度0.5m，以作为密闭墙的拉结筋；密闭墙采用C20混凝土，其浇筑厚度600mm，同时密闭墙浇筑前在其下部即紧贴底板放置ø108 mm 的无缝钢管并配置阀门，用于掘进头水的集中排放。

（3）开挖钻场硐室：根据钻机的外形尺寸及帷幕注浆孔的布置，在带式输送机巷及辅运大巷内分别开挖一个钻场硐室（即3＃、4＃）；钻场硐室断面为矩形，宽度4m，高度3m，进深5m，采用锚带网支护，底板铺设200mm 厚的C20混凝土。

（4）帷幕注浆孔设计：为了确保带式输送机巷及辅运大巷在DF6-1断层带周围注浆后能形成有效的隔水帷幕圈，共设计了20个帷幕注浆孔，其中带式输送机巷和辅运大巷各10 个，孔径均为108mm，孔深81m，其平面布置及在断层DF6-1处的孔距和离大巷轮廓的距离如图1所示。

图1 二煤层带式输送机大巷及辅运大巷帷幕注浆孔设计

2.2 注浆工艺

根据堵水方案，注浆前先按各孔的设计方位用ø153mm 的钻头打眼，眼深应从钻场硐室超过大巷掘进头1m，然后在孔内安装ø127mm 的套管，套管外露端装上球阀、注浆盘并接上高压注浆软管，然后开泵注浆，待浆液从孔口处即套管与孔壁之间的间隙返浆后可停止注浆，浆液凝固后套管便固结完成。其套管固结示意图如图2所示。

图2 固管示意图

当各帷幕注浆孔的孔内安装套管及固管完成后，采用压水方式检验固管是否牢固，经检验合格后可对各孔实施帷幕注浆，注浆采用了间歇式分段钻进、分段注浆方式，其工艺为：

（1）调整钻机钻杆，使其与套管中心线方位一致，然后在钻杆头部装ø108 mm的钻头钻进，当钻至套管底部位置时再继续钻，其继续钻深取决于孔内的涌水量，当涌水量达到5m3／h时可退出钻杆并实施注浆。

（2）注浆材料：选用425＃的普通硅酸盐水泥及煤矿封堵纳米材料，其水灰比均为1∶0.7；注浆时先注水泥浆，以降低堵水成本，后注煤矿封堵纳米材料，以提高浆液凝固后的围岩强度及密实性，确保帷幕圈能尽快形成。

（3）浆液搅拌：将425＃的水泥或煤矿封堵纳米材料按规定的水灰比1∶0.7加入搅拌桶内并开机搅拌均匀，煤矿封堵纳米材料的搅拌时间应大于10min。

（4）注浆终压：由于各孔均采用了分段钻进、分段注浆方式，但考虑到钻孔水压为1.8MPa，则每段注浆时其注浆终压应为水压的2～3倍，即为3.6～5.4MPa，为便于现场操作，取其平均值4.5 MPa，当泵压达到该值并稳定10 min后可停止该段注浆，待其凝固72h后再钻进并实施下一段的注浆，依次类推，直至该孔注浆完成。