预注浆堵水在巷道穿过奥陶系泥灰岩层中的应用

魏生强

(西山煤电集团公司东曲矿,山西省古交市,030200)

★煤矿安全 ★

预注浆堵水在巷道穿过奥陶系泥灰岩层中的应用

魏生强

(西山煤电集团公司东曲矿,山西省古交市,030200)

为了解决掘进巷道在穿过泥灰岩、石膏矿层等特殊地质构造体处易发生涌水事故的问题,在西山煤电东曲矿燃料运输通道施工过程中对预注浆堵水技术进行了应用研究,结果表明,超前预注浆技术可以有效控制巷道掘进中的涌水量,注浆段剩余漏水量均不大于8 m3/h。

矿井水害 预注浆 泥灰岩 石膏矿层

AbstractAn app lication research is conducted on the water blocking technology by p regrouting during the construction of fuel transportation channel in Dongqu M ine in a bid to solve the p roblem s of water outbursting often seen at special geological structuresw here tunnels are to be driven through,such as marl slate and gypsum formations.The app lication show s that the p re-grouting technology can effectively control the w ater outbursing volume in the roadw ay development and thus p lays a good role in reducing the water drainage burden.

Key wordsw ater related disasters in m ines,p re-grouting,marl slate,gypsum fo rmation

在富水泥灰岩、石膏矿层、薄层角砾状石灰岩为主的岩层中掘进施工,国内比较罕见。随着煤矿开采的日益增多,会遇到各种复杂的地质构造,而注浆技术在我国已经逐渐成熟,但是在特殊构造下使用还缺乏相应的理论依据和成功的案例。西山煤电集团东曲矿运输燃料通道施工中使用注浆堵水技术取得了良好的效果,为今后类似的情况提供了宝贵的经验。

1 概况

西山煤电古交电厂燃料运输工程项目位于古交市,其中东曲段燃料运输通道要穿过奥陶系中统峰峰组岩层,主要以泥灰岩、角砾状白云质泥灰岩、石膏矿层,薄层角砾状石灰岩为主,质软,极破碎,遇水软化,易坍塌,天然状态下难于施工。该段泥灰岩、角砾状泥灰岩组的单轴抗压强度 R为 0.8～1.7 M Pa,平均1.25 M Pa。该通道顶板岩层主要以峰峰组石灰岩、泥灰岩及石膏层组成,地下水主要以垂直向渗透为主,该层受断裂及其他内外动力地质作用,溶孔裂隙较发育,富水性强。预计该段涌水量3303 m3/h。为了使施工安全顺利进行,施工方法确定为先探后掘、注浆堵水、台阶式作业、超前初期支护、二次衬砌。本文重点介绍注浆堵水的工艺。

2 施工前探水

在施工时,必须严格执行先探后掘的原则,每次探水长度为40 m,掘进长度为30 m,掘进完30 m后再探40 m,以此循环。每次探水布置3个探孔,呈梅花扇形,顶部1个探孔,两帮各1个探孔,探孔底部在毛断面外3 m处。选用油压钻机和配套的钻杆,钻机为 GY-200-1A型油压钻机,钻杆直径75 mm(见图1)。

图1 探水钻孔布置示意图

3 注浆堵水工艺

工作面探测到有突水、涌水时,采用工作面注浆堵水,在探水工程中,若单孔水量达到 3～5 m3/h以上时,视孔口管埋设牢固性决定是否施工挡浆墙进行堵水。工作面预注浆根据探测情况布置注浆孔,注浆采用水泥-玻璃双液浆,水灰配比为1∶0.5～1,注浆长度为40 m,注浆效果检验达到设计要求后才能掘进,最长施工30 m,预留10 m作为下一循环的止浆岩柱。

3.1 注浆孔施工

3.1.1 注浆孔施工参数设定

先施工单号孔,后施工双号孔,双号即作复注孔,也作检查孔,同时检验浆液的扩散半径。

(1)布孔:注浆孔数量12个 (根据探测情况布置注浆孔再调整),在巷道周围圆形均匀布置,终孔在毛断面外5 m处,施工角度为向外6.2°,孔深40.5 m,在工作面中间施工检查孔1个,孔深40 m(见图2)。

图2 注浆孔布置示意图

(2)注浆孔开孔:采用GY-200型钻机施工,注浆孔开孔直径110 mm、终孔直径75 mm。

(3)孔口管的埋设:钻机安装到位开孔5 m后进行预埋4 m孔口管,孔口管直径108 mm,进行注浆加固确保孔口管牢固。

(4)孔口管试压:待孔口管四周养护凝固后再进行扫孔,扫完后用清水试压,压力必须达到2 M Pa以上。

3.1.2 注浆孔的施工

孔口管试压完毕后,安装好闸阀,进行正常钻进,钻进过程中应掌握孔内的地质情况和涌水变化,当涌水超过10 m3/h时,停止钻进,拔出钻杆,关闭阀门,防止水和泥浆外流。然后进行注浆堵水,注浆完成后,进行扫孔钻进,达到设计要求。

3.2 注浆

根据工程地质条件注浆施工原则为:先单号后双号,以单液浆为主,当单孔涌水超过10 m3/h,先注单液浆后双液浆,如水泥-水玻璃双液浆不能达到设计要求就采用马丽散堵水;当灌注量超过设计注浆量时,孔口仍不起压力,采用间歇式注浆方法,间歇时间控制在15～30 m in左右。间歇后再继续注浆,并且仍采用先从注稀浆开始,然后逐步加稠的注浆工序。二次注浆控制在设计量的25%左右,如果仍不起压力,调整浆液配比再次进行间歇注浆,直到符合要求的停止注浆标准位置。进行间歇注浆时,停浆前必须灌入清水,把注浆管内的水泥浆液全部排空,一般灌入清水量为注浆管和孔内容量之和的3倍左右,以防止下次注浆时注浆通道被堵塞。注浆时派专人在周围进行巡视,发现跑浆时及时采取处理措施。

3.2.1 注浆参数设定

注浆采用水泥为42.5级普通硅酸盐水泥,水玻璃为40 be’碱性水玻璃,速凝剂为马丽散。

注浆液采用水泥单浆液、水泥-水玻璃双浆液,采用机械搅拌机井下现场作业。

单浆液的水灰比为1～0.2∶1。双浆液的水灰比为1∶1,水泥浆∶水玻璃浆为1∶0.1～0.6(体积比)。注浆压力及注浆量由如下两种方法得出。

(1)注浆压力的计算。注浆压力由下式求出。

式中:P0——注浆点静水压力,取7 kg/cm2;

m——富余压力,一般为5～8 kg/cm2,取8 kg/cm2。

经计算,PC=15 kg/cm2。

(2)注浆量的估算。

每段注浆量由下式求出。

式中:A——浆液损失系数,取1.35;

V——需要充填的体积,m3;

N——孔隙率,取2%。

经计算,Q=653 m3。

3.3 注浆效果检验标准

注浆结束时,需对原注浆孔进行扫孔,若出现涌水现象,须进行复注。以各注浆孔的注入量小于40 L/m in、注浆段剩余漏水量不大于10 m3/h作为注浆孔结束标准。

4 结论

通过在燃料运输通道施工过程中采用预注浆堵水技术,有效的降低了巷道涌水量,注浆段剩余漏水量均不大于8 m3/h,达到了预期检验标准,充分证明了该技术的有效性和可行性。

[1]黄德发,王综敏,杨彬.地层注浆堵水与加固施工技术[M].徐州:中国矿业大学出版社

[2]黄生根,龚维明.钻孔灌注桩后压浆的承载性能研究[J].岩土力学,2004(8)

[3]谭凤娇.钻孔灌注桩柱底注浆技术 [J].施工技术, 2007(4)

(责任编辑 梁子荣)

Application of water blocking by pre-grouting in driving roadways through marl slate formation of ordovician system

Wei Shengqiang

(Dongqu M ine,Xishan Coal&Power Group,Gujiao,Shanxi p rovince 030200,China)

B

魏生强 (1964-),男,山西太原人,中国矿大在职研究生,现任东曲矿矿长。