柠条塔煤矿注浆堵水工程及效果

崔邦军

(陕西省煤田地质局一八五队，陕西 榆林719000)

2007年3月，柠条塔煤矿1号副斜井巷道底板在修复过程中，巷道575 m到595 m处发生严重突水，突水量大于250 m3/h，因水压过大，并且使595～620 m处巷道底板出现底鼓现象。其主要突水巷道底板标高为1 128.05～1 130.45 m，截至4月29日井下水位已上涨至巷道507.50 m，即标高1 138.24 m。贵矿已经采取了增加井下抽排水能力、井下施工减压泄水钻孔、底板注浆等措施，收效甚微。为了彻底解决水患，恢复井下生产。对柠条塔煤矿1号副斜井突水区水文地质条件、充水水源、充水通道、充水强度进行了分析对比，查找透水原因，提出了注浆堵水及围岩加固方案，实施后取得了较好的效果。

1 煤矿突水原因

充水水源:烧变岩裂隙孔隙含水层是井巷充水的主要来源，当井巷工程揭露裂隙与其相通时，使其成为直接充水水源。

充水通道:井巷揭露的细粒砂岩裂隙及破碎带裂隙是充水的主要通道，其次为原生结构面。

充水强度:井巷充水强度主要决定于井巷揭露岩性(细粒砂岩)的裂隙发育程度，水位上涨后水压提高以及井巷距储水构造的距离。

柠条塔煤矿2005年9月及2006年7月的地面注浆及井下注浆工程完工后，本次突水区(段)以上两次注浆工程均未涉及此段，为井巷唯一的充水通道。由于河西煤矿井下挡水墙关闭放水阀门，3－1煤层烧变岩裂隙孔隙地下水水位缓慢恢复性上涨后，水压增大，巷道与细粒砂岩的裂隙及破碎带裂隙联通后出现的突水现象。因此，本次突水的主要原因为修复大巷时巷道突水区与3－1煤层烧变岩裂隙孔隙含水层水力联系密切，相互连通所致。

2 注浆堵水工程

2.1 2005年1号副斜井穿越含水层注浆堵水工程

根据勘察资料，按副斜井底板混凝土面以上部分掘进高度为4.5 m，以下部分掘进高度为0.5 m，以井筒底板混凝土面为准，井筒穿越烧变岩含水层段标高为 +1144.09 m－+1133.79 m。按副斜井倾角5040'计算，穿越含水层长度为129.29 m。”2005年9月29日根据施工的取芯钻孔揭露情况，后应业主要求总注浆长度增加为178.00 m。该工程自2005年9月18日开工，2005年11月6日完工，共完成钻孔钻探总进尺 8 145.58 m，其中合同量 6 693.25 m，变更为1 452.33 m;共完成注浆主材水泥量4 287.25T，其中合同量2 917.25T，变更量1 370 T。实际注浆段位置为井筒430～608 m，注浆层段高度为2－2煤层火烧岩底板下0.5 m到巷道顶板上部10 m。经有关部门验收及副斜井掘进证明，本工程达到设计目的，工程效果良好。

2.2 2006年1号副斜井653 m突水区注浆堵水工程

柠条塔煤矿1号副斜井2006年5月31日掘进至665 m(H=1 122.41 m)时，在井筒653 m(H=1 123.19 m)处巷道底板出现少量涌水，泵排水量12.5 m3/h，随后涌水量逐渐增大，水位渐渐上升，6月29日巷道泵排水量超过300 m3/h，水量有增无减，6月30日水位上涨至1 130 m左右。6月29日柠条塔煤矿委托我公司编制堵水方案，7月2日柠条塔煤矿在神木召开会议，审查并通过了我公司编制的施工方案。该方案设计注浆孔48个，孔距3 m。本期工程自2006年7月7日开工，2006年8月4日完工，根据设计方案及现场确定共完成钻孔27个(其中一期钻孔共15个、一期备用6个，二期钻孔6个)，钻探总进尺2 365.42 m;共完成注浆主材水泥量1 284.75T。实际注浆段位置为井筒665～644 m，注浆层段高度为2－2煤层火烧岩底板下5 m到3－1煤层底板下3 m。本工程施工前井筒最大涌水量为470 m3/h，巷道清理后注浆段仅有零星滴水，达到预期目的。

2.3 2007年1号副斜井595到575m突水区注浆堵水及504到644m围岩加固工程

2007年4月1号副斜井突水区为井筒575～595 m处，因水压过大，并且在井筒595～620 m巷道底扳出现底鼓现象。另据取芯钻孔资料表明:治理区域巷道紧邻3－1煤火烧区，巷道围岩破碎，裂隙发育，稳定性差等不利的工程地质条件;为了彻底解决柠条塔煤矿1号副斜井穿过2－2煤火烧岩及3－1煤层烘烤破碎带含水层的问题，加固2－2煤火烧岩底板到3－1煤层烘烤破碎带巷道围岩。根据业主要求，本次注浆范围以突水区575～595 m重点，向井巷两侧延伸。突水区前方巷道加固处理段为595～644 m(2006年注浆工程终点位置)突水区后方巷道加固处理段为575～504 m(07年4月底巷道静水位标高位置)。本工程的先期施工区域即为巷道575 m到595 m位置及后期施工区域595 m到620 m处理深度为3－1煤层底板下3 m;处理高度为巷道顶部15 m，处理宽度为巷道两侧10 m。后期施工区域巷道575 m到510 m位置处理深度为巷道底板下15 m;处理高度为巷道顶部15 m或2－2煤层底板(2005年一期注浆工程底板)，处理宽度为巷道两侧10 m。

综上所述:以上三次注浆工程位置、范围及层位不同，其注浆范围及层位即不重叠，也不交叉，完工后各注浆区域相互连接，该段井巷3－1煤火烧区、2－2煤火烧区及其顶底板在井筒两侧形成了完整的堵水墙。

3 注浆堵水及围岩加固方案

3.1 注浆方案

首先编制了《陕煤集团柠条塔煤矿1号副斜井突水防治方案》。同时召开专门审查会议认为该工程方案科学合理、切实可行、应尽快组织实施。为了彻底根治水患会议认为本次工程本着“突出重点，表本兼治，宁强勿弱，不留隐患”的原则，采用“探灌结合，围幕堵水，充填裂隙，加固围岩，结合巷道补钻注浆”的方法进行。

注浆方案主要设计参数如下:

1)处理范围:为突水区及其两侧未进行注浆工程区域，其中突水区为巷道575 m到595 m位置，突水区前方巷道加固处理段为595 m到644 m位置(2006年8月注浆工程终点位置)，突水区后方巷道加固处理段为575 m到504 m位置(为2007年4月水位标高位置)。

2)钻孔间距3×3 m，在突水区域巷道两侧各布置两排钻孔，在疑有突水可能区域巷道两侧各备用一排钻孔，梅花形布置，探灌处理，消除安全隐患。一期工程布置钻孔58个，备用钻孔14个。控制长度50 m，达到控制水压、显著减小水量的目标。二期布置钻孔59个，控制长度94 m，达到完全堵水及巷道加固的目的。

3)灌浆宽度:巷道两侧各10 m，钻孔扩散半径8 m。

4)施工顺序:首先施工突水区到620 m段的钻孔，及先期注浆孔，同时进行注浆。然后施工突水区巷道上下的钻孔及后期注浆孔。

5)钻孔结构:钻孔基本结构为松散层和极破碎地层φ190～150 mm，下入150～130 mm地质钢管，火烧岩段φ130～110 mm，至22煤火烧岩底板2 m以下后换成不小于91 mm的钻具。钻进至3－1煤底板下3 m或巷道下15 m终孔。

6)钻孔注浆:注浆范围内布置梅花形钻孔，灌浆材料为水泥及水拌合而成。水泥与水体积比为1∶1～0.5，先稀后稠，较大裂隙加入适量聚丙稀酰胺，三乙醇胺形成混合双液或水泥水玻璃双管双液、单管双液，参考配比为1∶0.3～0.5(体积)。注浆管采用1.25吋钢管，注浆段高度36～24 m下入花管，用胶带封闭花眼出浆口，上部火烧岩采用多级孔径托盘，海带等材料止水封闭，用稠浆或水泥球从井口灌入注浆管外侧封孔。为了尽快凝固可加入水泥重量2%的速凝剂。

7)注浆方式采用间隔跳孔全孔一次性注浆方式。注浆压力 0.2 ～0.5 Mpa，终孔检验压力为 1 ～1.5 Mpa。

3.2 注浆堵水工程施工组织及完成工程量

注浆堵水工程组建了指挥能力强、决策水平高、富有开拓进取精神和丰富施工经验的干部进入项目部各管理层。选调精兵强将和调配充足的设备、材料立即进场，制定和完善科学合理切实可行的注浆堵水方案和施工组织设计，推行全面计划管理，全面质量管理，确保在尽快的时间内注浆堵水一次成功。

4 结论

柠条塔煤矿注浆堵水及围岩加固工程总体质量良好，达到合同规定的“巷道涌水量低于50 m3/h”要求，达到了预期目标，保障了煤矿生产安全。

①柠条塔1号副斜井突水段注浆工程结束后，矿山进行了抽排水和巷道清理工作，并于9月25日对该区巷道底板凸起和巷道砼碹进行了检查，发现了4段巷道有底板凸起、巷道砼拱和侧墙裂缝，具体位置和程度见《中安监理公司1号副斜井地面注浆情况的检查说明报告》。其中巷道590～607 m底板凸起，595～605 m左侧墙裂缝，591～597 m左侧拱部砼碹离层，566～575 m顶板裂缝为注浆前已产生;530～540 m段底板凸起是注浆未结束前抽水而产生的。该段底板凸起的原因初步分析认为是:该段巷道底板岩石破碎严重，裂隙孔隙发育，水压较大 ，在巷道充水时形成平衡，当巷道退水后，打破了原有平衡，引起围岩移动，底板凸起是自然规律而不是人为因素。

②巷道530 m处还存在小量涌水，建议井下注浆堵水处理。柠条塔1号副斜井突水段注浆工程结束后，在530 m处存在一股细小水流，由于出水点水位较高，不在本次施工范围之内;虽然设计变更施工了6个注浆孔注浆后，但收效甚微。若要彻底解决，采用地面注浆堵水工程费用太高，不经济，建议采用井下注浆堵水。

③巷道504～474 m段在水位恢复到1 144.66 m时有可能出现涌水现象，建议加强矿井涌水量观测工作，必要时进行注浆堵水工作。由于巷道底板围岩破碎，裂隙发育，稳定性差等不利的工程地质条件;而2005年注浆工程仅对2－2煤层火烧岩底板下0.50 m以上范围进行了注浆加固，没有涉及以下破碎地层，即没有对本区域巷道底板进行加固注浆。原方案对2007年4月水位以下巷道围岩进行加固，没有考虑水位恢复到1 144.66 m后地下水对巷道的影响。

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