上河煤矿井下突水点注浆封堵施工技术探讨

牛永波，陈禹旭

(陕西省一三一煤田地质有限公司，陕西 韩城 715400)

1 工程概况

上河煤矿5-2煤皮带下山运输斜巷掘进至120 m处时，在巷道迎头20 m范围内出现了4处突水点，均为底板出水，其中在巷道迎头后方约10 m范围内有3个较大突水点(约8 m3/h、9 m3/h、16 m3/h)，见图1。后方19 m处有1处出水点(约3 m3/h)。总涌水量约35 m3/h，经采样，对水质进行分析和测量静水位标高，初步确定突水水源为5-2煤层顶板水，虽然经过长时间排水，但涌水量一直未衰减，保持稳定，导致巷道掘进工作无法进行，施工治理迫在眉睫。

图1 出水点位置图

2 注浆封堵施工技术

2.1 注浆封堵方案选择

针对巷道底板突水问题，一般采用“截”“堵”“排”等方法。但不同方法各有利弊，因此要正确选择。经过长时间排水，巷道迎头涌水基本稳定，但水量一直不减，可以确定用直接排水方法难以解决当前问题。虽然突水层位大致确定，但出水源头尚未查明，因此无法采取“截”的方法，“堵”的方法成为唯一可选方案，故决定采取注浆堵水方法进行治理。

2.2 注浆方案思路

该巷道出水点为开放性出水，又是下山巷道，给堵水布孔带来很大困难。堵治水计划分两部分进行：把动水变成静水进行治理。在出水点上部用混凝土做一个止浆垫，把动水封闭到止浆垫以下，再进行注浆堵水。构筑止浆垫时预埋2根Φ32 mm钢管进行注浆，注浆压力达到设计要求时在巷道底板和两帮均匀布置6个孔，打穿止浆垫进行检查，有水继续注浆，无水破垫掘进。

2.3 止浆垫的厚度计算及构筑

2.3.1 止浆垫厚度计算

根据止浆垫厚度计算公式计算止浆垫厚度：

L=L1+L0

Li=[ln(γoγfγdP)-ln(ft)]/0.3986

=[ln(1.3×1.5×1.8×0.5)-ln1.5]/0.3986

=0.4 m

Li-止浆垫应力衰减段计算厚度，m；γo-结构的重要性系数，取1.3，下同；γf-作用的分项系数，取1.5，下同；γd-取1.2～2.0，水压大、巷道净断面积大时取大值，计算取1.8；P-水压，考虑静水压与动水压并留有一定富裕系数，取0.5 MPa；ft-混凝土的抗拉强度设计值，当混凝土标号为C30时取1.5；L0-止浆垫应力回升段厚度，取1.0～2.0 m，本次计算取2.0 m。

由上式计算得L=Li+L0=0.4+2.0=2.4 m，取2.5 m。

2.3.2 止浆垫构筑

采用石子、河砂及水泥(42.5 MPa普通硅酸盐水泥)按比例搅拌成C30混凝土，构筑止浆垫。

滤水层铺设。浇筑止浆垫前，在突水点的上面至巷道迎头用碎石铺设滤水层，滤水层上面铺油毡，如图2所示。

图2 止浆垫结构图

止浆垫浇筑及孔口管埋设。滤水层铺设好后浇筑混凝土止浆垫。止浆垫厚度为2.5 m，强度等级为C30，一次完成浇筑。浇筑时，混凝土中掺入高效减水早强剂，掺入量为水泥的2%。

铺设滤水层和浇筑止浆垫时，预埋2根8.4 m长、规格为Φ273 mm、可容纳潜水泵的导水管，其下部1 m为花管，用滤水网包裹。导水管上端高出止浆垫6.0 m，管口带法兰盘。此导水管的用途是在浇筑止浆垫时作为排出工作面涌水的通道。同时预埋2根9.0 m长的Φ32 mm钢管，其上端高出止浆垫6.5 m，既可做注浆管也可做观测管。止浆垫混凝土养护5～7 d后，停止抽水，提出潜水泵，封闭所有预埋管和导水管，观察止浆垫及巷壁漏水情况，若有漏水部位，必须打眼下管，采用轻质高强度的有机发泡化学浆—固特珑进行注浆充填与加固，滤水层注浆加固利用预埋的注浆管进行。注浆压力达到5.0 MPa时停止注浆。

2.4 探水孔(注浆孔)施工

止浆垫密封质量合格后，采用ZQJ-3600/7.1型架柱式气动钻机分别在巷道两帮及顶底板施工探水孔，两帮探水孔位置位于止浆垫外3.5 m处，与巷道夹角22°，底板探水孔位置位于止浆垫外3.5 m处，与巷道底板夹角为17°，钻孔规格为Φ92-52 mm，终孔层位均为出水点水平及垂深2.0 m。成孔后，每孔各安设Φ75×6 000 mm孔口管1根，用化学浆(固特珑)进行固管，起到放水、泄压作用，给后续注浆创造条件。

2.5 注浆材料及配合比

注浆堵水材料选用(水泥—水玻璃双液浆)42.5 MPa普通硅酸盐水泥、水玻璃及FGN添加剂，其配比如下：水泥浆液水灰比应控制在(0.65～1)∶l。水玻璃波美度(浓度)为33°～40°Be′，模数2.4～3.4。水泥与FGN加固补强型特种添加剂之间的比例应根据现场实际情况随时调整，一般控制在l∶(0.005～0.01)。

2.6 注浆参数的确定

根据出水点巷壁煤岩体的具体特点和壁后注浆堵水施工工艺，结合煤层最小抵抗面及碹体围岩条件，在供风压力不低于0.5 MPa时，设计注浆终孔压力控制在2～3 MPa。

3 注浆效果检验

连续7 d通过预埋注浆管对出水点进行注浆，共计注入水泥58.0 t，发现巷道底板涌水减少，只有少量渗水现象。之后，对巷道顶底板及两帮施工了6个探水孔，仅在底板的检2孔及检3孔出现涌水，随后对检2及检3孔进行双液注浆，共注水泥28.45 t，水玻璃0.73 t，巷道两帮施工的检1、检4、底板检5、顶板检6孔均无出水情况，矿方后期反馈已安全渡过该突水点，说明该治理方案合理，注浆效果明显。

4 结论

对上河煤矿5-2煤皮带下山迎头后20 m范围突水点的治理效果明显，注浆堵水率达98%。将原来35 m3/h涌水量治理到巷道顶底板只有少量渗水和滴水，为巷道顺利掘进提供了安全保障，也为类似矿井巷道治理提供了可借鉴的成功经验。