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地面打钻注浆封堵导水巷道

2019-11-09 19:03:53来源:励志吧0次阅读

地面打钻注浆封堵导水巷道

摘 要 安徽省淮北市吴冬煤矿中间通风巷道建成后,因巷道冒顶变形使支架坍塌,裂隙导通水量增大,将表土层泥砂带入巷道,使地表下沉,形成深2m、直径6m的塌陷坑,并有逐渐扩展趋势,被迫淹井。采用地面打钻孔充填骨料和注浆,共施工3个钻孔,用1个月的时间就封堵了通风巷道,堵水率达100%,顺利恢复矿井生产。   关键词 淹井 地面打钻 注浆封堵 灌骨料 导水巷道1 基本情况  吴冬矿第四系冲积层厚35m,主要由砂、砂质粘土及底部隔水性差的粘土层组成。风化基岩垂深55m,主要由砂岩、泥岩组成,岩性松软。建井期间,揭露冲积层与风化岩层混合涌水量330m3/h。  该矿建有提升井和风井两个井筒,深度分别为90m和47m,第1水平运输巷道垂深90m,中间巷道为45半煤斜巷,长66m,与第1运输巷贯通,在深65m处开凿另1条下山联络巷与运输巷交接。该通风巷道在掘进过程中采了部分煤,出现过溜煤、冒落,向上影响到裂隙带,裂隙沟通,将上层水导入巷道(涌水250m3/h),将表土层泥砂带入巷道,使地面下沉,形成了深2m、直径6m塌陷坑,并逐渐扩展,涌水量增加。井下水仓泥砂淤积,不能正常运转,被迫淹井。2 治水方案  基岩风化带厚20m,富水性强。通风巷道上段位于弱风化岩石中,岩石松散、裂隙发育,加之上层水导入巷道,造成岩体破坏,失去稳定,使表土层和基岩风化带的水夹带泥砂大量涌入巷道淤积,水带泥砂冲刷松散的岩体,路径短、流速快,巷道又具有泄压储砂条件,势必扩大过水通道,使涌水量增大,直至疏干上部地层中的储水,但又不具备这一条件,只有采取封堵巷道涌水措施。  考虑到巷道涌水量大,上段围岩不稳定,已经一部分冒顶,支架坍塌,若采用局部封堵,巷道顶部的水体作用未排除,仍威胁矿井安全。所以决定将导水的通风巷道全部封堵。目前,常采用注浆固结封堵,较为经济合理、安全可靠。故可采用井下工作面注浆或地面打钻注浆2种施工方案。  方案1,即井下工作面注浆。需在通风巷道的下端和联络巷道上端各砌筑1道止浆墙封闭通风巷道中的涌水,然后通过止浆墙由下至上灌注水泥浆或水泥砂浆充填通风巷道。此方案工艺简单,施工方便;但是,通风巷道均为煤-岩巷,顶底板为松散岩石。在围岩松散巷道中构筑止浆墙,难以封闭巷道内涌水,存在淹井的威胁,也无法进行带压注浆。  方案2,即从地面打孔钻透巷道,再灌骨料充填、注浆固结。需在通风巷道下端和联络巷上端砌筑1道挡浆墙,淹井后在静水条件下防止注入浆液流入运输巷道。此方案施工安全,而且灌入石渣骨料充填巷道,节省水泥,质量可靠;但是,增加打钻孔的工程量,施工难度大,要求高。  从施工安全和质量考虑,确定选用第2方案。3 注浆施工设计  注浆封堵通风巷道的出水段,先堵两头,后针对出水段加压注浆,既保证巷道注浆充填密实,还可以封堵巷道顶底板岩石裂隙的过水通道。  注浆施工设计有以下内容:  (1)注浆孔数。沿巷道中线布置注浆孔3个,由下至上排列,孔间距分别为14m和12m,见附图。  (2)注浆孔深度。1号孔79m,2号孔65m,3号孔53m。

附图 注浆孔布置及井巷关系1挡浆墙;2通风巷;3联络巷;4运输巷

(3)巷道充填骨料用量。通风巷道断面为梯形,其面积S=(1.6+2.5)1.62=3.3m2,3号孔以下斜巷为充填骨料长度L=58m。则骨料用量V=SL=3.358=191.4m3。  (4)注浆参数。①注浆压力:巷道充填骨料后才能使注浆升压。两端孔注浆结束压力需大于1倍静水压;中间注浆孔注入的浆液需压入裂隙封堵过水通道,相应的注浆压力要高,为静水压力的2~2.5倍。②注浆量:充填巷道容积中石渣空隙、塌陷冒落空间及巷道围岩裂隙的浆液,因离风化带表土层近,不可避免地会窜入上部松散地层。预计浆液注入量为

Q=A(nSL+0.5mLHd)/β+S(66-L)

式中:A为浆液扩散消耗系数,取1.5;S为巷道断面积,S=3.3m2;L为充填巷道长度,L=58m;H为冒落平均影响高度,H=4m;d为冒落影响底边宽度,d=1.6m;n为石渣空隙率,n=40%;m为冒落影响松散带孔隙率,m=20%;β为浆液结石率,β=85%。  经计算,得出需注入浆液量约227m3,折合成水泥193t。4 注浆施工  将通风巷道中线投影到地面,并确定主要出水点位置,经复测误差不超过10cm时定出钻孔的位置,分别安装钻机打孔。4.1 注浆孔钻进  (1)钻孔结构。用φ168mm钻头开孔,钻进进入完整基岩3m,下入φ146mm套管,用0.75∶1水泥浆全管固结,下部为φ108mm孔径,以便灌骨料和注浆。  (2)注浆孔要求。按工程钻孔规范,钻孔偏斜率小于8,但孔深均不超过100m,斜距不超过0.8m,正常作业能达到透巷目的。  (3)钻具组合。用φ108mm岩芯管下接筒状取芯钻头,上接φ73mm、长8m加重钻杆,用φ50mm钻杆带动,取芯钻进注浆孔段。4.2 灌骨料  选干净的石渣为骨料,粒径不超过15mm,孔隙率为40%。投渣前将φ50mm钻杆下到孔底,探明孔底深度,并开泵送清水冲开孔底淤积的泥、砂等物。在孔口安设溜槽,人工上料将石渣送入溜槽内,并用清水冲带槽中的石渣进入钻孔,水渣比保持10∶1~4∶1,能长时间正常灌注。当骨料受阻时,启动钻机旋转或上下窜动钻杆,同时在钻杆底部接一段微弯的短管,转动时拨动石渣向四周离散。当石渣充填高度超过巷道顶0.5m时,停止灌渣,转入注浆。4.3 注浆作业  (1)注浆顺序。先注1号、3号孔,封堵通风巷道两端,使出水段巷道处于封闭状态,便于中间后施工的2号孔挤压注浆,以提高固结体密实度。  (2)注浆施工。先将钻杆下入孔内,使其插入巷道石渣并接近底板。安装孔口密封装置,使套管和钻杆间封密能承受注浆压力。连接孔口装置和输浆管路,用泵压送搅拌好的浓水泥浆到巷道底部(因水泥浆比重大,渗透性好,可将石渣空隙中的水置换,使浆液面逐渐升高),随后上提钻杆,当钻杆下端距巷道顶0.5m时,注入1∶1水泥浆。巷道敝口,过浆通道开放时,采用定量灌注,然后再扫孔多次复注,直到过浆通道堵塞,注浆压力升高,1号孔压力达到1MPa、3号孔压力达到0.7MPa(均大于1倍静水压力),达到注浆结束标准。后施工的2号孔是注浆重点,不但将巷道中石渣残留空隙充填密实,而且还需封堵围岩的过水通道;将钻孔延深至巷道底板下3m,利用注浆管分别对巷道底板、中部、顶板进行反复注浆,浆液浓度依次逐渐变稀,最后以水灰比1.5∶1的稀浆注到压力达到1.5MPa。  注浆施工历时1个月,注入骨料183m3、水泥225t,排水后其它巷道基本完好,通风巷道堵水率达100%,顺利恢复生产。5 结 语  (1)吴冬矿通风巷道上段处在弱风化岩层中,岩性松散,离第四系含水层近,水量大,无稳定的隔水层保护,威胁着矿井安全,采用封堵导水的通风巷道,以保矿井安全生产,措施可行。  (2)采用3个孔地面注浆施工方案,提供了安全方便的施工条件。由于技术措施可行,3个钻孔全部打中巷道,灌入大量石渣充填,不但节省水泥,同时也提高了封堵巷道的固结质量,仅用1个月时间堵住巷道涌水达100%,矿井排水后,其它巷道基本完好,消除了矿井水害威胁。  (3)施工设备简单,工艺简便,注浆堵水效果好。此方法可用于类似工程动水条件注浆。

作者单位:中煤五公司三处,徐州,221000

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