6.0MPa高压防水闸门壁后注浆及注水耐压试验

祝仰奎

（陕西华电榆横煤化工有限公司可可盖煤矿，陕西 榆林 719000）

1 概况

山东肥城矿业集团陶阳煤矿中三井田为立斜井多水平开拓，斜井沿上组煤的第3层煤底板布置，上下组煤用集中阶段石门联络，现开采第二水平，标高-550m，为安全开采下组煤（7、8、9、10层煤），根据《煤矿安全规程》规定，在有突水危险的地区，只有在其附近设置防水闸门实现安全隔离后方可掘进。由于陶阳煤矿-550m水平下组煤东翼受徐灰和奥陶系灰岩（以下简称奥灰）承压水的威胁，需在-550m东大巷内施工防水闸门，以保障开采期间的安全。

中三井田徐灰和奥灰水力联系密切，两层灰岩含水层水位基本同步，历史最高静水位标高+65m，若发生水害该水平防水闸门将承受（65+547）600m水柱，即6.0MPa的压强。防水闸门设计为LM单扇加肋扁壳薄壳型，出厂前进行了耐压试验，试验压力稳定在6.0MPa。防水闸门硐室施工于稳定的6煤层老底粉砂岩中，前后室各长6m，中室长6.5m，单门硐，门硐净宽2m，净高2.32m，硐室浇注结束并进行了28d养护。

2 壁后注浆

2.1 注浆设计与准备

防水闸门硐室前室、后室、中室及前后室加强段全长37.5m，共预埋注浆管238根。为保证注浆效果，壁后注浆前首先要对238个预埋的注浆孔进行扫孔和压清水连通试验。扫孔与注浆均分三个序次，第一序次要全部扫孔一遍，扫孔深度超过注浆管进入岩体300mm，第二次扫孔超过第一次50～100mm，第三次扫孔超过第二次的50～100mm。每次注浆采用连续与间歇相结合的方式，每个钻孔注浆不少于三次，注浆扫孔时间间隔不小于72h。注浆泵使用NBB-250/6型高压注浆泵。浆液为单液水泥浆，水灰比为 0.8：1～3：1，比重 1.2～1.5，跑浆严重和封孔时增大到1.6，注浆封孔压力不小于9MPa。水泥为525#普通硅酸盐水泥。防水闸门壁后注浆总顺序为前室加强段、前室、后室加强段、后室，最后注中室；每个硐室注浆顺序则是先注底板，再注两帮，最后注弓形顶。每个钻孔注浆前先进行注水连通试验，注水时间在5～10min，发现渗漏水时及时采取措施（如用速效水泥卷、木楔、破布等东西堵漏等）。

2.2 壁后注浆

-550m东大巷防水闸门自注浆开始至结束，历时77d，共注水泥73.6t。其中，第一序次进浆孔注水泥45t，占全部注浆孔的50%，其余钻孔全部被串浆后封死；但4号注浆孔由于跑串浆，采用间歇式注浆法，仅此一孔注入水泥达25.6t，此孔扩散范围大，有效地封堵加固了碹体及岩体，效果较好。第二序次进浆孔注水泥15.6t，占全部注浆孔的30%。第三序次对所有的钻孔全部扫孔后逐个压水、注浆，大部分钻孔压清水达9MPa以上，对其进行了注浆封孔，只有8孔仍进浆，还有少量钻孔压力增大到一定程度就开始串浆，根据现场情况采取了针对性的措施进行了处理使其最终达到规定要求，进浆量13t。

对三个序次注浆情况进行分析，其特点是：

第一序次：一是串浆孔数多，50%的进浆孔，其余全部被封死；二是跑浆地点多，个别钻孔注浆时弓形顶、两帮及底板渗跑浆，有的个别钻孔跑浆还特别厉害，只能采取间歇注浆；三是浆液扩散范围大，注4号孔时前室加强段、前室、中室及后室注浆孔串浆后被封死，且后室加强段碹体有渗浆现象。

第二序次：一是碹体和岩体大部分被充填，共有进浆孔30%，进浆量与第一次有较大的差别；二是多数注浆钻孔采用连续注浆的方式，只有个别钻孔采用间歇式。

第三序次：一是仍有部分钻孔通过碹体与岩石接茬处串浆，但串浆孔数相对减少；二是对个别钻孔进行了反复注浆，最终达到规定要求。

-550m东大巷防水闸门壁后注浆工作总体来说进浆量较大，注浆封孔压力均达到设计要求，效果较好。

3 注水耐压试验

3.1 措施及准备

-550m东大巷防水闸门硐室壁后注浆工作结束，矿组织安监处、调度室、技术科、地测科、机电科、防治水工区等单位对防水闸门壁后注浆情况进行了验收。验收结束后立即召开了注水耐压试验工作会，布置了注水耐压试验前的准备工作。防水闸门门体由机电科负责安装，地测科测量人员配合调校门体的水平与垂直度。防水闸门安装完毕后，矿又组织有关单位对防水闸门进行了关闭试验。

防水闸门耐压试验前将NBB-250/6型高压注浆泵3台、NBB-260/7型高压注浆泵1台安装在防水闸门后室以外60m处(联络巷门口附近)，每台泵出水管为Φ25mm高压胶管，另一头为Φ25mm、Φ50mm的变头连接到Φ50mm的高压注浆管上，防水闸门北帮4吋高压管上按一高压闸阀，然后将高压注浆泵Φ25mm高压胶管连接其上，4台泵、4趟管路。向硐室内加水时打压水源来自-550m徐灰水源孔，水量30m3/h，注水期间使用-550m东大巷五号峒室内的四灰放水孔，水量30m3/h，水量不足将六号硐室内的四灰放水孔打开一个，水量20m3/h。为准确测得进水量，在供水管路注水泵处安有高压闸阀和流量表。为及时观测水闸门漏水量，掌握水闸门及其硐室情况，在后室水沟内安设5.5kW潜水泵一台，潜水泵将水排至60m以外注浆管外水沟内，然后自然流入-550m水仓，并在5.5kW潜水泵上安设流量表，以及时准确地观测漏水量。各设备安装好后进行了试运转，并对耐压管路、闸阀等进行了耐压试验。

3.2 注水耐压试验

防水闸门注水耐压试验前向硐室加水为-550m水平徐灰水，水压5.5MPa，前室注满后水量将会有压力显现。自上午7时00分开始注水，注水15min后压力上升到2MPa并开始稳压，随即开启4台注水泵向前室进行注水。根据《-550m东大巷防水闸门注水耐压试验规程》规定，在此状态下稳压20min，以后每0.5MPa稳压15min，到9时00分时压力最大达6.5MPa，根据规程要求随后将压力降压并稳定在6MPa，在此状态下至次日10时05分（持续时间超过24小时）。在注水耐压过程中先启动1台泵使用3档，注满水后启动2台泵3档，为确保高压注浆泵的安全运转，现场4台泵分为两组，1、2号泵为一组，3、4号泵为一组，每1小时换开一次。

图1 -550m东大巷防水闸门注水耐压试验平面布置示意图

3.3 注水耐压试验观测

在对漏水量的观测中我们采用流量表与水位观测相结合的方法，测得6MPa稳压状态下的总漏水量在5～6m3/h，其中水闸门漏水量在1.5m3/h，主要是在防水闸门门体下方中间、左上角与右上角部位；碹体漏水量在4m3/h，主要在后室及后室加强段巷道的接茬处，中室及后室底板有两处漏水0.3m3/h，该防水闸门单点漏水量均无超过1m3/h处。中室（闸门硐室）两帮及顶部、后室加强段与巷道接茬处也有渗漏水现象。

经过本次注水耐压试验，该防水闸门最高压力达6.5MPa，并在6MPa下稳压24小时以上，综合漏水量在5～6m3/h，单点漏水量小于1m3/h，符合肥城矿业集团《关于印发<加强防水闸门(墙)管理规定＞的通知》综合漏水量小于10m3/h，单点漏水量小于4m3/h的规定。-550m东大巷防水闸门注水耐压试验一次性合格。

4 结语

6.0MPa高压防水闸门壁后注浆及注水耐压试验，具有压力高、操作困难、测定的数据多、危险性大等特点，为高压防水闸门及硐室设计提供了科学的依据。该防水闸门的成功实施为陶阳煤矿-550m水平开拓开采提供了有效安全保障，同时也为设置该水平副巷、回风巷防水闸门提供了施工借鉴经验。在防水闸门硐室施工及注水耐压试验中需要注意以下几点：

（1）防水闸门硐室接茬处在壁后注浆及注水耐压时暴露的问题较多，是硐室开挖、浇注与壁后注浆管理的薄弱点和重点。

（2）壁后注浆应采用连续和间歇式相结合的方式，对于不能连续注浆的应及时将注浆钻孔用清水冲洗，以确保该孔后期可继续注浆。

（3）防水闸门注水耐压试验开始和结束释放压力时要循序渐进，水压上升和下降速度不能太快，防止对硐室及围岩造成破坏。