越南河林煤矿清理斜巷超前探水预注浆施工技术研究

孙厚伟

中煤第五建设有限公司第三程处 江苏 徐州 221140

井筒二期工程，由于井下永久排水系统尚未形成；因此，在巷道施工过程中，遇到地层含水层，必须采用工作面探水、预注浆的方法；本文以主、副井贯通的清理斜巷为例，着重介绍了打钻、预注浆施工设计及实施的效果。

1 工程概况及施工情况

越南河林煤炭公司-河林煤矿-50水平以深开采投资建设工程位于越南广宁省下龙市河林地区，设计生产能力240万吨/年，根据矿井开拓部署和通风安全要求，设主井、副井和中央风井三个井筒。主井井筒净直径5.0m，井口标高+75m，井筒全深420m；副井井筒净直径6.5m，井口标高+75m，井筒全深405m。根据合同要求，本次主、副井贯通位于两个井井底。

主、副井贯通巷断面为单轨巷道：净宽3m，净高3.1m，采用锚网喷+混凝土联合支护。施工长度110m，主井巷道起始轨面设计标高-344.78m（绝对标高），坡度16°下山；副井巷道起始轨面设计标高-329.78m（绝对标高）。

主、副井在井筒施工期间，分别进行了工作面探水、预注浆工作。

从目前施工情况分析，主井井底清理巷道已经施工至上山的起坡点，副井井底清理巷道也已经施工下山起坡点。主井井底清理巷道在距井中26m位置，巷道涌水量开始逐渐加大，2010年10月18日掘至距井中33m位置，炮后裂隙带突然涌水，涌水量达18m3／h；之后施工止浆墙，并进行了注浆封堵；且随着巷道延伸，涌水量将有增大的可能性；为确保贯通巷道安全顺利施工，在主、副井贯通巷施工前必须进行探水、注浆工作。

2 地质及水文地质

2.1 地质概况

根据井检孔及地质报告情况推测：401.5～426m多为砂岩及砂砾岩。

表2 .1 预测地质柱状

根据主井巷道掘进实际揭露情况来看，巷道目前位于砂砾岩层，纵向裂隙发育，裂隙开度在100～400mm，中间充填泥质物，岩石破碎，结构强度差；副井巷道掘进实际揭露情况来看，巷道目前位于砂岩层，岩石裂隙发育，岩石破碎，结构强度差。

2.2 水文地质概况

根据主、副井井筒及相关硐室探水注浆、掘砌施工时揭露的涌水量情况，副井马头门水平及主井清撒硐室水平水量较大，副井水窝段及主井井底以上段水量较小。

由于该工程项目地质、水文地质资料较少，仅根据《河村煤矿-50m深开采报告》资料，利用“大井”法计算公式，预计巷道施工涌水量：

式中：

Q－－井筒最大涌水量，m3/h

R－－井筒影响半径，m

r0－－井筒掘进半径，m； r0=η(a+b/4)

H－－静止水位至潜水层底板深度，m；(依据报告) H施工时的水位降深375×80%

S－－井筒水位降深，m；a、b－－为施工区巷道的长和宽

K－－0.0577m/昼夜

S－－井深384～425m，厚度41m

经计算贯通巷预计涌水量为59.62 m3/h。

由于前期进行了工作面注浆，位于井筒开口处巷道涌水量较小，但随着巷道的延伸，涌水量不断增加，目前巷道施工涌水主要集中在主井，涌水主要为裂隙水，出水点集中在几条大的裂隙，目前裂隙最大涌水量为18m3/h。

3 探水、注浆施工设计

在副井巷道工作面向主井方向进行下山超前探水、预注浆工作；利用地面注浆和水泥浆搅拌系统，通过井筒内敷设的一路φ50×6mm无缝钢管作为输浆管路，输浆管路与注浆泵和孔口管之间用2″高压胶管连接，将浆液压入受注地层，从而封堵地层裂隙水。

3.1 止浆岩柱选取及加固

工作面采用止浆岩柱作为注浆终压的档水墙。

式中：

B—止浆岩柱厚度，m

P0—注浆终压，MPa，取16

S—岩柱断面积，m2柱，取8.3

λ—过载系数，一般取1.1～1.2

L—巷道周边长度，m，取10.9

［τ］—岩石允许抗剪强度，MPa，取2

经计算B=7.3m，考虑到地层裂隙等，B取15m。

故预埋孔口管的长度选取15m，然后在孔内钻进至孔深20m，进行注浆加固，使岩柱的抗压强度达到注浆终压。

3.2 钻孔的布置参数

巷道断面布置8个探水、注浆孔，孔深设计100m，钻孔距井帮500mm，终孔位置距巷道轮廓线外3m。钻孔布置断面见图3-1，探水钻孔布置参数见表3.1。

表3 -1 探水钻孔布置参数表

图3 -1 钻孔布置断面图

3.3 注浆压力

注浆压力是驱动浆液在裂隙中流动、扩散、充塞、压实的能量，是控制浆液扩散距离的重要因素之一。根据施工经验取值静水压的2～4倍，工作面注浆终压取16Mpa。

3.4 注浆材料及注浆量

注浆选用单液水泥；单液水泥浆采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，另掺入0.5%食盐和0.05%三乙醇胺作为外加剂，外加剂起速凝早强作用。

浆液的注入量：

式中：

Q0—注浆段总注入量，m3

Q—每个钻孔注入量，m3/孔

R—浆液扩散半径，m，取4

H1—注浆段长度，m，取100

η—岩层裂(孔)隙率，取3%，

β—浆液在裂隙内的有效充填系数，取0.85

m—结石率，%，取0.85

λ—浆液消耗系数，取1.2

N—注浆孔数目，个，取8

经计算浆液注入总量为Q0=1447m3；

3.5 埋设孔口管

根据钻孔的布置，在工作面搭设钻机工作平台；钻机按设计的方位、孔径、倾角调整好角度固定，并进行造孔；钻机采用ZDY-1900S型液压钻机配50mm钻杆及Φ133mm球齿钻头造孔，用压风吹净孔内岩粉，紧接着下入长度15m孔口管，孔口管需露出止浆岩柱0.5m；孔口管下到设定深度并距钻孔底部留有0.2m空间，调整角度找正，并在岩面采用锚杆焊接固定；孔口管由Ф108×6mm无缝钢管加工而成，孔口管下部车成倒竹节状；安装完成后，采用HBTD30-6-45FB型混凝土泵，从孔内压入C40混凝土砂浆，从钻孔与孔口管的环形空间流出，即埋孔口固管完成；待24小时后，扫孔至进入岩石0.2m，进行孔口管耐压试验；采用注浆终压（16Mpa）进行耐压抗渗试验，压水20min不漏即为合格，合格后正常钻进，否则注浆加固孔口管直到合格为止；孔口管埋设合格后，通过埋设的孔口管对20m范围内的岩帽进行加固，直至达到注浆终压。

3.6 注浆作业

注浆孔钻进采用ZDY-1900S型液压钻机配50mm钻杆及Φ75mm球齿钻头造孔；注浆采用，地面注浆站和水泥搅拌系统，将地面搅拌好的浆液，通过注浆泵和井筒内敷设的管路、孔口管、钻孔，压入受注地层，从而封堵地层裂隙水

注浆站布置在井口附近，站内安装XPB-90E型液压注浆泵（最大泵压260kg/cm2最大泵量190L/min），并设置清水池、水泥浆搅拌系统。一级搅拌池利用井口搅拌机，在井口附近砌筑二级搅拌池，采用普通Φ108弹簧管将一级搅拌池内浆液放入二级搅拌池，上料利用现有散装水泥罐直接上料。地面注水泥浆利用一路φ50×6mm无缝钢管作输浆管路，输浆管路与注浆泵和孔口管之间用2″高压胶管连接。

3.6 .1浆液的调配

单液水泥浆常用的水灰比为2：1，1.5：1，1.25：1，1：1，0.75：1，0.6：1，0.5：1，单液水泥浆配制表见表3.6.1。

表3 .6.1 单液水泥浆配制表

3.6.2 扫孔和复注

每次注浆结束后，需停止工作面造孔等工作时间不少于8小时，以便注入的水泥浆保压凝固，之后进行扫孔复注。

3.6.3 注浆结束标准

①各注浆孔的注浆压力达到设计终压值，注入量小于30～40 L/min，稳定20分钟以上。②注浆结束时，浆液的水灰比低于1：1（即1：1浆液或更稀）。③浆液的注入量基本达到设计要求。

4 施工总结及注浆效果评价

通过40天的打钻、注浆作业，造孔进尺2400m(扫孔进尺4800m)，最大钻孔涌水量48m3/h，共注入单液水泥浆1526m3，各项注浆标准均达到结束标准。在贯通巷施工过程结束时，巷道总涌量为1.2m3/h，堵水效率达到97.5%。