巷道过断层注浆加固堵水技术实践

赵斌

（山西义棠煤业有限责任公司，山西介休 032000）

巷道过断层注浆加固堵水技术实践

赵斌

（山西义棠煤业有限责任公司，山西介休 032000）

某矿南回风大巷沿9号煤层顶板掘进，9号煤层属于带压开采煤层，该巷道在施工过程中将遇到F3导水断层，该断层有可能沟通巷道下部奥灰水。针对此问题，采用工作面预注浆法对断层破碎带进行堵水加固。注浆时在单液水泥浆中加入一定量速凝早强剂，改善浆液性能，工作面通过预注浆安全顺利通过了断层。

带压开采；导水断层；预注浆；奥灰水

断层带是断层运动的应力集中部位，由此断层带形成了不同于其他部位的特殊地质形态，其中发育着一系列密集的破裂面、或者杂乱堆积着由断层运动形成的岩石碎块、碎屑及后来充填的断层泥等物，再加上张节理、剪节理等伴生构造，工程地质条件相当复杂[1]。

带压开采的矿井，断层是沟通奥灰水的重要通道，也是煤矿在回采掘进过程中引发水害的重大隐患，奥陶系灰岩含水层水头高，压力大，容易通过断层破碎带形成突水，一旦突水，后果不堪设想。井下主要大巷在掘进过程中遇到此类导水断层而又无法绕行的情况下，一般采用工作面预注浆法提前对断层破碎带进行封堵和加固，从而保障矿井的安全生产建设。

1 工程及地质概况

山西某矿设计生产能力0.9 Mt/a，为基建矿井，该矿南回风大巷沿9号煤层顶板掘进，坡度19°，为半煤岩巷，煤厚1.5 m，顶板为坚硬石灰岩，底板为中粒砂岩，巷道断面为矩形，净宽5 m，净高3 m，采用锚喷支护。

在该矿井田内有一层主要含水层，为奥陶系灰岩含水层，静水位标高+915 m，井田内9号煤层底板标高均低于奥灰水位标高，属于带压开采。9号煤层至奥灰隔水层厚度为47.22～75.72 m。由于隔水层厚度有限，一旦出现导水断层，奥灰突水的机率就大大增加，会严重威胁矿井生产安全。根据该矿地质资料分析，在井田内分布有6条断层。其中F3正断层位于井田中南部，在地表有出露，是井田内落差最大的断层，二维地震及钻探工程勘探资料显示，该断层走向NE，倾向NW，落差60～100 m，倾角75°，在井田内延伸约2 250 m。根据矿井初步设计，同时考虑到资源合理开采，南回风大巷必须穿过此断层。公司邀请各方地质专家进行了资料分析，现场勘测，一致认为F3正断层将会给矿井生产建设带来极大的麻烦。

南回风大巷在掘进过程中一直坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则，在巷道掘进至620 m时，施工一探水孔，钻至40 m时，钻孔出现涌水，水量达30 m3/h，水压3 MPa，后经过水质化验分析，该水样中含有奥灰水，经过防治水专家和公司技术人员共同论证，该巷道已经接近断层，决定采用工作面预注浆方法来穿过该导水断层。

2 注浆方案

根据目前掌握的地质及水文资料以及现场所观测的情况，采用工作面预注浆方法，对导水断层进行注浆堵水加固，同时考虑到巷道服务年限等，具体方案如下：一是断层破碎带围岩压力大，而矩形断面承载力不如半圆拱形巷道，因此巷道断面形状在此段变更为半圆拱形，采用混凝土砌碹支护，混凝土碹壁后注浆充填密实；二是除第一段注浆孔是在矩形断面内布置，其余注浆分段注浆孔均在半圆拱形断面内布置。

3 方案设计

3.1 注浆方式及段长

南回风大巷工作面预注浆采用分段法，段长定为45 m，该段注浆完工后，掘进35 m，再次浇筑止浆墙布管进行下一分段注浆施工。每一分段内采用分段前进“齐头并进”式注浆，段高为5 m，或是钻孔涌水量大于3 m3/h时，停钻注浆，反复扫孔，反复注浆，根据第一段注浆摸索的经验，再进行注浆段高的调整。

3.2 注浆孔布置

注浆孔均匀布置在巷道净断面内，所有注浆孔都是带有3°～5°径向角的辐射孔，这样布孔有助于揭露更多的岩层裂隙，并保证浆液有一定的扩散范围，矩形断面注浆钻孔布置和半圆拱形断面注浆钻孔布置见图1和图2。

3.3 注浆参数

扩散半径:为保证注浆帷幕强度，本次注浆有效扩散半径设计为10 m，由于本工程属破碎带注浆，其裂隙大小，发育程度等在不同层段、不同方向上差别很大，因此在不同层段、不同方向上扩散距离是不同的，在实际工作中采用不同浆液进行调节。

注浆压力:注浆压力是指注浆时克服浆液流动阻力并使浆液扩散一定范围所需的压力[2]。注浆压力大，浆液扩散远，耗浆量大，会造成浪费，注浆压力小，浆液扩散近，耗浆量小，有封堵不严的可能。注浆堵水加固断层破碎带压力一般为静水压力2.0～2.5倍，巷道穿过断层破碎带处奥灰水压力为3.5～4.0 MPa，因此本次注浆设计终压为10 MPa。

注浆结束标准:为保证注浆堵水和加固质量，每段注浆结束标准为，注浆压力P≥10 MPa，浆液浓度(水灰比)不小于1∶1，注浆终量Q≤30 L/min，稳定时间大于20 min。

3.4 注浆材料

注浆材料选用单液水泥浆和水泥-水玻璃双液浆两种浆液。

单液水泥浆水灰比0.8∶1～2∶1，水泥选用P.O.42.5普通硅酸盐水泥，并加入水泥质量0.5%的氯化钠和0.05%三乙醇胺，缩短水泥初、终凝时间，提高浆液早期强度。

水泥-水玻璃双液浆：水泥浆水灰比1∶1，水玻璃模数2.8～3.1，浓度为30°Be'～35°Be'，C∶S=1∶（0.5～1）。

3.5 注浆设备

MQKJ90/25型潜孔钻机2台，2TGZ-90/140型双液调速注浆泵2台，LJ-200立式搅拌机2台，YT-28型气腿式凿岩机1台。

4 注浆施工

4.1 止浆墙施工

止浆墙采用混凝土浇筑，厚度2m，施工前，将底板掏槽200 mm，两帮掏槽500 mm，沿顶底板和两帮打两排锚杆，采用全锚锚固方式，锚杆规格20 mmx2 000 mm，间排距1 000 mmx1 000 mm，并用20mm钢筋将锚杆纵横连接，浇筑止浆墙过程中，预埋1mmx2 200 mm的钢管，用于注浆加固止浆墙。

4.2 孔口管固管注浆。

4.3 钻孔注浆

按设计注浆段高钻注注浆孔，注浆孔钻孔到设计深度后，连接注浆系统，对出水量小的钻孔进行压水试验，出水量大的钻孔不进行压水试验，根据压水或出水情况确定浆液起始浓度，如表1所示。

本次注浆以单液水泥浆为主，单液浆浓度原则上是先稀后浓。当钻孔涌水量小于5 m3/h或者钻孔进入断层破碎带、夹泥带，单液水泥浆起始水灰比为2∶1，注浆30 min后压力无变化，调高浆液水灰比为1.5∶1，如果再注30 min仍没变化，浆液水灰比调整为1∶1，直至注浆结束。如果钻孔涌水量大于10 m3/h，单液水泥浆起始水灰比为1∶1，注浆30 min后压力无变化，采用间歇注浆，反复3～5次，如压力仍无变化，注水泥水玻璃双液浆，直到达到设计终压。

注浆孔施工顺序：首先从止浆墙底部开始，然后两帮，再到顶部，最后中间。为避免串浆，采用间隔一个孔的顺序施工。

注浆程序:钻孔→压水试验→配浆→注浆→调整注浆参数→注浆结束→冲洗管路及设备→扫孔→复注或下一段钻进。

4.4 注浆效果检验

利用每一注浆分段最后注浆的1～2个钻孔，在未注浆前的钻孔涌水量，计算折合成工作面涌水量不超过3 m3/h，经过最后一段注浆后，巷道可以掘进。

5 注浆效果

本次南回风大巷过断层破碎带从开始注浆到顺利通过共历时5个月，注浆3段，共消耗水泥1 000 t，水玻璃200 t。断层破碎带经过注浆加固堵水后，破碎带碎石、泥沙完全被浆液胶结成一个整体，大幅度提高了围岩稳定性和承载能力，掘进过程中工作面涌水量最大不超过3 m3/h，保证了巷道的安全顺利施工。

6 结束语

实践证明，合理注浆方案的确定将会给施工过程带来极大便利，单液水泥浆加早强剂取得不错的效果。该矿南回风大巷利用工作面预注浆加固堵水技术成功通过了导水断层，防止了水害事故的发生，同时克服了以往断层破碎带支护困难、巷道围岩变形严重等不利因素，消除了诸多安全隐患，对矿井今后水害防治具有积极的借鉴意义。

[1]胡滨.断层破碎带的注浆技术[J].河北建筑科技学院学报，2002，19（2）：77-79.

[2]张永成，董书宁，苏坚深，等.注浆技术[M].北京:煤炭工业出版社，2012.

Reinforcement and Water Sealing Technology with Grouping When Roadway Passing Fault

ZHAO Bin
(Yitang Coal Co.,Ltd.,Jiexiu 032000,China)

In the roof driving along the southern return airway in No.9 coal seam of a mine,as a seam mining above aquifer,the roadway will meet F3 hydraulic conductivity fault in the construction. Additionally,the fault may connect the Ordovician limestone water under the roadway.To solve the problem,the pre-grouting method was used in reinforcement and water sealing for fault broken zone.In the grouting,a certain amount of rapid solidification early strength agent was put into single liquid slurry to improve the slurry property.By the pre-grouting,the working face passed the fault safely and smoothly.

mining above aquifer;hydraulic conductivity fault;pre-grouting;Ordovician limestone water

TD743

A

1672-5050（2015）02-0073-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.023

（编辑：武晓平）

2015-02-07

赵斌（1985-），男，山西介休人，大学本科，助理工程师，从事煤矿水害防治相关技术方面研究工作。