地质构造带巷道顶板淋水注浆封堵技术

尹卫国

(山西汾西瑞泰井矿正明煤业有限公司，山西 左权 032600)

水害是制约矿井生产安全的不利因素之一，矿井突水、涌水等往往具有水量大、水势猛、水压大等特点，矿井重视程度较大；巷道淋水由于水量小，往往重视程度不足[1]。但是当巷道长时间淋水时，会使得围岩长时间被水浸泡，降低岩层强度[2]。注浆加固是防治巷道淋水的一个重要技术措施，众多的研究学者结合特定地质条件对注浆加固工艺等展开研究，但是多集中在矿井防治水中，对巷道顶板淋水治理方面研究较少[3-4]。山西某矿掘进过断层时由于断层带附近裂隙发育，造成上覆顶板砂岩裂隙水沿着断层裂隙从巷道顶板淋出，给巷道围岩控制带来不利影响，因此，文中提出注浆封堵技术措施来对顶板淋水进行防治，现场应用效果显著。

1 工程概述

山西某矿1506巷为拱形全岩巷道(净高×净宽=4.2 m×4.8 m)，围岩控制采用锚网索+全喷方式，巷道掘进过程中前后揭露DF23、DF49等断层，掘进至1 350 m～1 490 m位置时由于地质构造复杂，导致巷道成型困难、围岩变形大，巷道表层由于喷浆层出现断裂造成顶板出现不同程度淋水，淋水水源主要来至于顶板上覆K8砂岩含水层。

2 顶板淋水封堵技术方案

2.1 淋水位置巷道围岩结构分析

为了掌握淋水位置处巷道围岩结构特征，在巷道淋水段每隔10 m布置一个顶板钻孔进行窥视，共计布置10个钻孔，窥视钻孔孔径为17 mm、深10 m。综合10个窥视钻孔窥视图像得知：距巷道顶板3 m以内的覆岩为煤、岩交界面，在该位置处有大量的裂隙、煤线，较为破碎；在距巷道顶板3 m～6 m范围内岩层以砂岩位置，结构相对较为完整，发育有少量裂隙；距顶板6 m～8 m范围由于受以断层为主的地质构造影响，局部位置裂隙发育；距顶板8 m～10 m范围内围岩结构完整，裂隙不发育。

2.2 淋水封堵原则

巷道顶板淋水主要来至于顶板上覆K8砂岩含水层，正常涌出量介于2 m3/h～10 m3/h，水压较小，经过前期疏排水K8砂岩含水层残余水量不大。根据现场调研发现，在雨季(夏季)时巷道顶板淋水量有所增加，由此判定K8砂岩含水层与地表水存在一定的水力联系。通过钻孔窥视发现顶板上覆6 m～8 m范围内由于受地质构造影响，裂隙发育同时在断层影响下导致巷道顶板裂隙与K8砂岩含水层联通，从而引起巷道顶板淋水。因此，封堵巷道围岩裂隙是治理顶板淋水的关键。

2.3 围岩封堵钻孔布置设计

根据巷道顶板淋水情况以及掘进区域内地质构造发育情况，可将顶板淋水段划分成三个区间段：第一段(1 350 m～1 440 m)巷道为拱形断面(直墙高3.3 m、巷宽5.4 m、巷高4.2 m); 第二段(1 440 m～1 460 m)巷道为拱形断面(直墙高3.3 m、巷宽5.4 m、巷高由4.2 m过渡到6.5 m)；第三段(1 460 m～1 490 m)巷道为矩形断面(巷宽5.4 m、巷高由6.5 m过渡到4.2 m)。具体各段巷道封堵注浆参数为：

2.3.1 第一段(1 350 m～1 440 m)

巷道顶板上每隔3 m布置一排封堵钻孔(一排3个钻孔)，中间钻孔垂直巷道顶板，两侧钻孔与中间钻孔间距1.6 m，仰角为75°。封堵钻孔孔径75 mm、孔深10 m。巷帮布置2排钻孔，间距为6 m，呈“三花”布置形式，上排、下排钻孔与巷道底板间距分别为3 m、1.5 m，巷帮钻孔均垂直煤壁布置，孔径为42 mm、孔深为6 m。第一段注浆封堵钻孔布置情况，如图1所示。

图1 第一段注浆封堵钻孔布置示意图(mm)

2.3.2 第二段(1 440 m～1 460 m)

第二段范围内顶板注浆封堵钻孔布置与第一段一致，由于巷高由4.2 m增加至6.5 m，因此两侧巷帮布置3排钻孔，间距为6 m、孔径42 mm，钻孔呈“五花”形式，上排钻孔与巷道底板间距为4 m、仰角按10°施工，中排钻孔与巷道底板间距我2.75 m，垂直煤壁施工，下排钻孔与巷道底板间距1.5 m、垂直巷帮施工。第二段注浆封堵钻孔布置情况，如图2所示。

图2 第二段注浆封堵钻孔布置示意图(mm)

2.3.3 第三段(1 460 m～1 490 m)

该范围内顶板封堵钻孔布置与第一段、第二段一致，巷帮封堵钻孔与第二段一致，由于巷高发生变化，因此，上排、中排及下排封堵钻孔与巷道底板间距分别改为3.2 m、2.85 m、1.5 m。

2.4 封堵钻孔施工工艺

2.4.1 管路及封孔

注浆封堵管路选用无缝钢管(2 m/根、管径20 mm)，全孔插管，在孔底布置一根钢管用以开射浆孔。巷帮封堵孔采用两堵一注方式封孔，长度为2 m；顶板钻孔先将钢管内部焊接弹簧卡爪的钢管送入到孔底进行固定注浆管路作用，防止出现下滑，封孔时采用棉纱、联邦1号先进行孔口封堵(2 m)，确保不返浆，再采用小型气动封孔泵将浆液送入到封孔管内进行封孔。

2.4.2 封孔顺序

由于1506巷用于井下辅助运输，为了不影响巷道正常使用，在不运输时间段进行封堵，为了钻孔施工以及注浆封堵效率，需对钻孔施工、注浆工艺进行优化，具体为：钻孔注浆过程中注浆浆液在自重作用下会先由下而上逐渐充填钻孔周边裂隙，因而在一个断面内的注浆钻孔可全部施工完后进行注浆封堵，从而提升钻孔施工效率；封堵钻孔注浆顺序为先巷帮后顶板，巷帮由下而上依次进行、顶板位置先两侧后中部。钻孔注浆顺序，如图3所示。

图3 注浆孔注浆顺序

2.4.3 注浆压力

注浆目的是在巷道周边形成封堵层，封堵顶板淋水通道，当注浆压力过大时会在巷道围岩中产生新的裂隙，不能实现有效封堵；当注浆压力过小时则不能很好的起到封堵作用。根据以往矿井注浆经验并结合钻孔窥视结果，确定顶板钻孔注浆压力为2 MPa～4 MPa、巷帮钻孔注浆压力为4 MPa～6 MPa。具体巷道注浆孔注浆压力变化曲线，如第141页图4所示。

图4 注浆孔注浆压力变化曲线

3 注浆效果分析

3.1 钻孔窥视

待注浆封堵完成后，在封堵区域附近布置窥视钻孔对注浆效果进行考察，具体结果为：在距巷道顶板3 m以内区域裂隙几乎全部被注浆浆液充填；在距顶板3 m～6 m范围内少量裂隙被浆液充填；在距巷道6 m～8 m范围内发育的少许裂隙充填效果较为明显；在距顶板8 m～10 m范围内顶板较为完整，未见浆液充填痕迹。

3.2 顶板淋水

注浆前巷道顶板多处位置出现淋水，采区封堵注浆后巷道在雨季、非雨季均在出现淋水情况。从1年时间观测结果得知，通过注浆封堵巷道顶板淋水问题得以有效解决，采用的注浆封堵技术可有效充填巷道周边导水裂隙。

4 总结

1)对1506巷顶板淋水来源以及原因进行分析，采用钻孔窥视技术发现围岩周边由于地质构造以及巷道掘进影响引起的裂隙是导致顶板淋水的主要原因。

2)依据顶板淋水封堵原则并结合巷道不同位置断面特征，对顶板、巷帮位置注浆封堵钻孔参数进行设计。并确定注浆钻孔施工及注浆顺序，顶板、巷帮注浆钻孔注浆压力分别为2 MPa～4 MPa、4 MPa～6MPa。通过注浆封堵后巷道顶板淋水问题得以彻底解决。