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冲积层预注浆结合管棚法超前支护的应用

2015-09-01邹雷

中国高新技术企业 2015年33期

摘要:徐矿集团天山公司俄霍布拉克煤矿放水巷在施工中遇到近200m宽冲积层,富含水,围岩为砾石、黄泥、粗砂,围岩随着淋水冲刷掉顶折帮,采用常规施工法无法通过,通过工作面预注浆堵水及超前钢管注浆加固围岩方式施工,安全通过冲积层。

关键词:冲积层;预注浆;管棚法;超前支护;放水巷 文献标识码:A

中图分类号:TD265 文章编号:1009-2374(2015)33-0035-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.019

1 工程概况

徐矿集团天山公司俄霍布拉克煤矿在2009年5月12日东一里采区1106工作面回采至古冲沟边缘时出现顶板掉水,瞬间水量达到120m?/h,最大水量超过1300m?/h,致使矿井东翼古冲沟经过的区域煤炭不能回采。为缓解徐矿集团天山公司俄霍布拉克煤矿井下涌水量,通过在井田上游施工放水巷放水,从而消除井下水患。放水巷分东西两头同时施工,东头巷道坡度3‰,西头巷道坡度-3‰,均沿8煤底板掘进,设计支护方式为11#工字钢架棚并喷浆支护。放水巷西头在进入古冲沟时煤层消失揭露第四系冲积层,冲积层厚度212m,因冲积层结构松散造成顶板严重冒顶,无法支护,后造成顶板掉水,最大涌水量超过900m?/h,稳定后工作面涌水量130m?/h,掘进工作被迫暂停。通过在冒顶区下游施工绕道,进行工作面预注浆堵水及超前钢管注浆加固围岩并改用29U型棚支护,顺利通过冲积层。本文将介绍工作面预注浆堵水及超前钢管注浆加固围岩法施工。

2 揭露冲积层前后面临巷道掘进支护的变化

2.1 原巷道的施工工艺及支护方式

原巷道断面主要有两种形式,煤层中巷道为梯形断面,上口净宽2.6m,下口净宽3.52m,净高2.4m,11#矿工钢挂网喷浆支护,棚距800mm,喷厚100mm;岩巷段采用直墙半圆拱断面,净宽3m,净高2.8m,锚梁网喷支护,锚杆φ20L=1800@800,菱形钢筋网配直径φ12圆钢钢带,喷厚100mm。巷道通过断层和软岩破碎带时,采用钢管撞楔超前支护:在巷道拱部掘进轮廓线外50mm、间隔300mm打眼,眼深2.8m,插入φ35mm、L=3m的钢管,钢管尾部用钢带和锚杆托紧。掘进时,在前一排超前钢管还未失效前,必须紧跟第二排超前钢管,如此一排接一排,起到护顶作用。

2.2 揭露冲积层后面临的难题

巷道围岩为砾石层,超前钢管起不到护顶作用;工作面松散,爆破法施工出现塌孔;围岩破碎,淋水大,流水冲刷砾石层,顶板随掘随冒,扶棚支护出现大片空顶,浆不上喷,给支护带来困难;工作环境恶劣,安全管控难度大。

2.3 解决问题的思路

(1)解决水的问题,把迎头出水量控制下来,便于工人施工,因此对工作面必须提前进行注浆封堵;(2)进行超前支护改革,提前控制顶板,使松散岩层整体胶结不掉落,封堵裂隙水,减少迎头出水量,采用钢管进行超前支护,加长钢管长度,并在超前支护的钢管上钻眼,便于注浆;(3)更改巷道支护参数,由11#工字钢梯形棚支护改为29U型棚支护,将棚距改为500mm。

3 工作面预注浆堵水及永久支护

第一,因围岩多为砾石、粗砂,结构松散,裂隙多,静水压力大,为了保证工作面预注浆过程尽量减少跑浆、漏浆,在注浆前对工作面打止浆垫进行封闭。

第二,工作面先用混凝土浇筑一层3m后止浆垫,在浇筑止浆垫时埋入12根Φ108mm钢管,沿巷道轮廓线布置9根,巷道中线布置3根,钢管外端焊接法兰盘并安装闸阀。止浆垫凝固后使用ZDY-1300型煤矿用全液压坑道钻机、Φ50mm钻杆和配套Φ90mm钻头沿预埋钢管打钻孔,钻孔长度60m。注浆浆液最初使用水泥浆和水玻璃双液浆,但由于水温低、水流速大,注浆效果比较差,后将注浆浆液改为化学浆马立散,实践中马立散能够迅速封堵裂隙降低管内涌水量。注浆后对钻孔进行复钻,若水量小于5m?/h,则进入下道工序,否则继续复钻注浆,直至将单孔水量降至5m?/h(附工作面预注浆管孔施工图)。

第三,工作面注浆结束后,挖掉止浆垫,并对止浆垫位置(3m)进行刷扩(卧钻机用),顶、帮各刷扩500mm,使用12#槽钢自制成拱形棚进行临时支护,棚距500mm,并喷浆支护。管棚施工结束后对临时支护段进行29U型棚套棚,充填严密,喷浆封闭。管棚施工开钻前,必须对工作面喷浆封闭,喷浆厚度不小于100mm。按中腰线画出巷道轮廓线,确定孔眼位置,严格按孔眼布置图角度打眼,不合格的孔眼孔口处使用木楔、棉纱、道钉封堵严实,再重新打眼,技术人员要严把质量关,做好原始记录,记录数据要齐全、准确,作为巷道各工序的施工参考。钻机卧好后进行管棚施工,使用ZDY-1300型煤矿用全液压坑道钻机、Φ50mm钻杆和配套Φ65mm钻头沿巷道轮廓线打超前支护管孔,钻孔顺序由左帮底脚开始,依次由左底向顶(中)、由顶(中)向右底,并且依次编号;长度18m;超前管子采用3根长度6m的Φ50mm无缝钢管,钢管连接处井下现场焊接,总长度18m;每施工一个管孔立即安装管子,无缝钢管的管外口与钻孔间隙用棉纱或海带充填密实,为下一步从管内注浆起到固管作用。安装超前管子时,管子要与管孔平行,慢慢插入,外露长度过长时,需在管口垫厚木板使用铁锤砸入。管孔角度与巷道中线呈2°夹角,间距200mm,外露300mm,合计41根。管棚施工完毕后,使用ZBY3/7.0-11型号注浆机对各管孔进行注浆加固,注浆浆液为化学浆马立散(附超前钢管管孔施工图)。

图1 工作面预注浆管孔布置图 图2 超前钢管管孔布置图

第四,掘进及永久支护:注浆24小时后,可进行掘进扶棚,巷道采用29U型钢架棚支护,直墙半圆拱形断面,棚距500mm,扶棚时,一循环一棚,采用掘进-扶棚-喷浆支护、棚棚推进的掘进方式,喷浆紧跟迎头,减少围岩暴露时间。人工风镐掘进,不得放炮,防止围岩炮震松动。对U型棚进行整体加固,每扶一棚均要用拉杆固定,拉杆使用Φ18螺纹钢加工,加固方式为梁中一道,两侧棚腿自下向上1.1m、2.2m处各一道,每棚共5道,全断面铺设菱形网,水泥背板,杜绝空顶、空帮、空肩窝现象。

第五,防U型棚挤压变形措施:每棚两棚腿底脚使用11#工字钢进行支撑加固,防止棚腿收缩变形,工字钢两端焊接长度200mm的12#槽钢卡口。

第六,注浆浆液效果对比:第一阶段工作面预注浆采用水泥浆和水玻璃双液浆,水泥采用PO42.5普通硅酸盐水泥,水灰比由1∶1~O.8∶1逐级调配。水玻璃浓度为35~40Be水泥浆与水玻璃体积比为1∶O.5。由于水温低流量大,注浆效果很差,造成迎头反复打钻注浆,第一阶段从工作面预注浆到超前钢管注浆施工完毕,合计耗时112天。工作面预注浆长度60m,超前钢管36m,每次工作面预注浆后进行2个循环超前钢管注浆,超前钢管注浆结束后进行掘砌,掘砌长度30m。在打钻注浆过程中,遇到了从未遇到过的复杂地质情况,砾石不但坚硬,而且粒径较大,钻进过程中经常出现塌孔、埋孔,钻头钻具损坏频繁,遇到大块砾石钻杆会偏离方向,并且由于水的流速快,双液浆凝固慢,造成注浆效果不理想,只能反复的复钻、注浆。

由于第一段施工时间太长,第二阶段改用化学浆马立散,采用大功率钻机,并将工作面超前钢管注浆长度调整至18m。上述更改出发点有:(1)双液浆凝固慢,流失多,而采用化学浆则见水就凝固,能有效封堵裂隙;(2)大功率钻机钻进速度快;(3)缩短打钻注浆长度能有效避免断钻杆并将钻孔控制在有效断面内。采用化学浆施工法后,第二段循环施工时间仅60天,大大提高了效率,并且掘进过程中巷道周圈淋水得到很好的控制,围岩较稳定。

4 结语

通过采用以上一系列工艺改革、创新,经过实践,充分证明工作面预注浆并结合管棚法施工通过特厚冲积层是可行的,特别是在古冲沟最后60m施工时,巷道顶板淋水及底角涌水增大,通过采取底板下钢梁加固U型棚,增大注浆压力,反复复钻等措施来保证注浆质量,最后安全地实现了巷道贯通。

作者简介:邹雷(1981-),男,江苏宿迁人,供职于江苏省矿业工程集团有限公司建井工程处,研究方向:矿井基本建设。

(责任编辑:周 琼)