富水岩层掘进巷道方案研究

梁　峰

(马钢集团矿业公司　安徽马鞍山　243000)



富水岩层掘进巷道方案研究

梁峰

(马钢集团矿业公司安徽马鞍山243000)

摘要：水害是矿山安全的一个重大隐患，在富水岩层中掘进巷道极有可能引发隐患，掘进时如果处置不当，将造成大量的突水，有淹井的危险，给矿山效益和人员的安全造成重大威胁。研究即基于大水矿山的富水岩层，采用局部帷幕注浆的方式控制出水量，从而为巷道掘进创造有利条件，使巷道施工顺利完成。

关键词：突水；富水岩层；巷道掘进；帷幕注浆

1地质简述

掘进段岩石主要为粗安石，块状构造，岩石相对完整，裂隙闭合为主，充填不连续，不规则网脉状裂隙发育，岩层节理较为发育，富水。

2施工方案制定

2.1施工顺序

探注前施工程序如下:施工准备→施工前检查→定施工参数→放线地点开孔→安装孔口管→安装闸阀→按设计要求钻进，水量达到大于5m3/h必须立即停钻注浆，丈量残尺并做好记录，扫孔并钻到设计深度→测量涌水量→压力试验→制备浆液→注浆→结束注浆→清洗注浆管路→检查(如出现塌孔、出大水、卡钻等情况，需要时进行补钻)。

2.2探孔布置

根据巷道的断面，设计8个探孔，如图一所示。各孔参数见表一。为防止突出大水，需提前分别布置8个小孔径钻孔，小孔径钻孔采用YT-28凿岩机配合Ø50mm合金刚钻头凿孔口管，孔深2000mm,然后埋Ø40mm×1500mm的孔口管，再在Ø40mm孔口管内掘进探水4500mm且不遇见大水的情况下先进行注浆封孔，然后分别按顺序在工作面迎头进行超前探水注浆。

图1　探孔布置图

孔号角度长度(m)夹角作 用距底板距离(m)1俯角2°50-2°探巷道底板0.52仰角0°50-4°探巷道二帮1.553仰角3°50-3°探巷道顶板2.84仰角4°500°探巷道顶板3.15仰角3°503°探巷道顶板2.86仰角0°504°探巷道二帮1.557俯角2°502°探巷道底板0.580500检查孔1.85

(注：仰角俯角已巷道腰线辨别，夹角以巷道中心线辨别。)

2.3注浆参数

2.3.1注浆压力

本方案给出的注浆压力是根据经验来确定的。其经验公式如下：

P终=(2.0-3.0)P0

式中：P终-注浆终压(MPa)

P0-受注点的静水压力(MPa)

2.3.2注浆材料

若钻孔出水达到5m3/h就停止钻进，开始注浆。注浆材料以普通硅酸盐水泥为主，水泥单浆液与水泥-水玻璃双液浆相结合。为保证注浆效果，应根据现场实际情况及时调整水灰比，常用水灰比为3:1,2:1,1:1。

水泥：选用42.5普通硅酸盐水泥。

水玻璃：选用模数为2.8-3.1，浓度在45Be以上产品，要求生产为纯碱(Na2CO3)的液体水玻璃。

醛树脂化学浆为高分子聚合注浆材料，在砂岩及岩体微裂隙中具有良好的渗透扩散性，且固结强度高，防渗堵漏性能好，可广泛用于矿山井下破碎岩体加固，井巷围岩为裂隙防渗堵漏及各类工程岩体的渗漏治理等。

化学浆液分A，B二种组分预置，凝胶时间主要受控于A:B也比例，需要采用双缸液注浆泵按照一定比例(A:B=3：1-4：1)进行注浆。注浆过程中科院根据浆液的注浆体的渗透扩散情况及时调节A:B液比例以控制浆液的凝胶时间。

浆液无毒无污染，施工过程中如出现浆液溅到皮肤及面部的情况，及时使用清水清洗即可。

2.3.3浆液浓度与配置

1)采用水泥注浆时，浆液浓度的运用原则一般是岩石裂隙越大，用浆液越浓，但在每次注浆时，浆液浓度的使用程序是由稀调浓。

表2　钻孔吸水率和浆液浓度的关系表

2)浆液的配制与注入

水泥浆水灰比为0.8：1-1∶1，称为C液。水玻璃浆液的浓度根据要求，先做小样实验，一般为30-35be,称为S浆液。

C浆液和S浆液的体积比为1:0.5-0.7，可用一台泵的二个缸，选用不同的缸径，粗缸注水泥浆，细缸注水玻璃浆，也可以用二台注浆泵注水泥浆，小泵注水玻璃浆。

2.3.4注浆结束标准

当注浆孔孔口注浆压力达到注浆终压后，稳定3-5分钟，即可结束本次注浆。

3施工工艺

1.注浆布孔间距(按图1)；

2.注浆压力：为防止过度压力注入导致断面围岩造成破坏，注浆过程中严格控制注浆压力，注浆压力初始为5MPa，根据现场注浆情况增加到15MPa；

3.初始水灰比：3:1，当注浆压力缓慢增加时，调整水灰比为2:1、当注浆压力达到15MPa以上时，调整水灰比为1∶1；

4、注浆深度，双液注浆深度为40m-50m；

5.双液注浆钻孔应符合下列以下要求：钻孔孔位与设计孔位允许偏差为±50mm，钻孔允许偏差率为1%，孔径允许偏差为±5mm，钻孔深度必须达到设计要求；

6.每次注浆应连续进行，如果间断，则间断时间大得大于浆液初凝时间；

7.注浆过程中尽量采用单液浆，双液浆只做封孔之用；

8.当注浆压力达到15MPa,仍处于不吃浆态势，可采取用超细水泥注浆；

9.探水注浆施工工艺及施工步骤

1)注浆站布置

注浆站设在运输巷，选取合适位置摆设注浆机和水泥搅拌机，将风水电接好，将水泥储存在斜坡道，并一次性储存水泥20t-30t，水玻璃5t，但要注意做好水泥防水防潮工作，确保注浆正常。

2)潜孔钻的布置

为了便于钻孔操作，在钻场上搭建2m-3m高的钻机工作平台，搭建的工作平台必须牢固可靠，使钻机操作人员在平台上操作钻机。

3)探水注浆管的埋设

采用Ø130mm冲击器钻头开孔，孔深4200mm，成孔之后将Ø108mm×4000mm孔口管缠上铁丝和麻丝，通过潜孔钻将孔口管塞入钻孔内，法兰盘端外露500mm，使用水泥-水玻璃双液浆进行固管。

4)探水注浆管的钻进

Ø108mm×4000mm孔口管固管完成后，待凝固12小时候进行打压试验，打压试验合格后采用Φ90mmm冲击器钻头掘进，钻进前需安装4寸高压球阀(DN100)和止浆装置，以备钻孔出水可及时关闭，防止出现淹井事故。如在钻进过程中出现因岩石破碎造成踏孔，卡钻，出水等情况时，应及时停钻关闭阀门或止喷装置进行注浆。

5)注浆

注浆前孔口管上安装高压法兰盘压盖，再接注浆系统，注浆系统上安装有压力表，在注浆过程中安排专人看压力表，达到注浆结束标准后，关闭进浆阀门打开泄浆阀，拆除注浆系统，准备下一个孔注浆。注浆系统见图2。

在注浆时，初期采用单液水泥浆，注浆压力达到标准后使用水泥-水玻璃双液浆进行封孔，双液浆的初凝时间控制在20s—30s。

图2　注浆系统示意图

4施工组织

4.1人员配备

注浆施工是综合性工程，需要多工种联合组成，如钻探工，注浆工，电工等，为了便于领导和管理，钻探工与注浆工合二为一，在施工中，人员可以相互调配，具体见下表3。

4.2设备及材料配备

设备及材料配备见表4。

表3　注浆人员人力配备表

表4　设备及材料配备表

5防突水措施

1.每个探水注浆孔，在钻进之前，避险要安装4寸孔口高压阀门及止喷装置，当钻孔涌水突出时，应立即撤出钻杆。关闭阀门，如水量很大，无法退出钻杆时，则需利用止喷装置，锁紧钻杆，装上注浆球阀，利用钻杆注浆。

2.在关闭阀门后，在阀门一头安装焊有1寸丝扣的法兰，并连接注浆泵，打开阀门进行顶水注浆。

6总结

在巷道掘进时探水孔出水量较大，不敢再贸然施工；采用了本方案后，出水量得到有效控制，掘进时亦无大水发生，施工得以顺利推进，掘进平均速度2.1m/日，提前完成掘进计划，节省了工期，创造了较好的效益。

参 考 文 献

[1]张永成等.矿井注浆施工手册[M].北京：煤炭工业出版社,2013

[2]刘文永等.注浆材料与施工工艺[M].北京：中国建材工业出版社，2008

[3]张永成.注浆技术[M].北京：煤炭工业出版社.2012，8

[4]虎维岳.矿山水害防治理论与方法[M].北京：煤炭工业出版社，2005，6

[5]宋峰，刘新社.中关铁矿帷幕注浆工程科技成果汇编[M].武汉：中国地质大学出版社，2012

Research of Drivage Plan in Water-rich Rock Layers

LIANG Feng

Abstract：Water damage is a major hidden danger in mines. Driving in water-rich rock layers is likely to cause hidden danger that will take a massive toll on mines by water inrush if disposal is undeserved, which poses a major threat to the mining benefit and personnel safety. Curtain grouting menthod based on water-rich rock layers research is used to control the water inflow, which creates favorable conditions for driving so as to complete the drivage successfully.

Key words：water-inrush；water-rich rock layers；drivage；curtain grouting

收稿日期：2016-04-28

作者简介：梁峰(1981-)，男，马钢集团矿业公司，工程师。

中图分类号：TD745+.26

文献标识码：B

文章编号：1672-9994(2016)02-0025-04