止浆墙注浆封堵D21冻结管环形空间水的应用

龚惠春

摘要： 麦垛山井田地处鸳鸯湖矿区最南端，矿井水文地质类型属复杂型，采用主斜-副立井、单水平开拓方式。回风立井辅助水平（西侧）连接处施工至冻结管位置，岩层受扰动发生了沿D21冻结管淋水、涌水、冒顶事故，涌水量最大达80m3/h。对此，麦垛山煤矿采用了浇筑止浆墙注浆堵水方案，成功封堵了冻结管环形空间出水，确保了回风立井与回风立井辅助水平西侧连接处的顺利贯通。

Abstract： Maiduoshan coal mine is located in the southernmost tip of Yuanyanghu mine area. Its hydrogeological type is complex. The main incline and secondary vertical shaft， and a single horizontal development method are used for mining. In the junctionarea of the air-shaft and the auxiliary horizon， series of water accidents such as water-outrush and roof-fall caused by the disturbance of the roof were occurred， and lead to a inflow of 80m3/h. As a result， a method of grouting technology was selected to plug water from annulus space of the D21 freezing hole， and this approach is successful and it ensures the transfixion between the air-shaft and the auxiliary horizon.

关键词： 止浆墙；注浆封堵；环形空间水

Key words： preventing-grout wall；plug water by grouting technology；water outrush from annulus space

中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）29-0106-02

0 引言

宁煤集团麦垛山煤矿采用主斜-副立井、单水平开拓方式，由于立井井筒穿过直罗组粗砂岩含水层，根据副立井、回风立井检查孔水文地质资料，直罗组砂岩含水层富水性较强，因此，两个立井采用了冻结施工，实践表明在解冻后施工连接巷道时易发生冻结管环形空间导水事故，通过回风立井过D21冻结管环形空间水的防治研究，利用止浆墙封堵巷道顶板出水方案可行，据此，该方案可利用于类似巷道迎头顶板水害治理，确保巷道在设计方案不变的情况下安全掘进。

1 工程概况

麦垛山煤矿回风立井辅助水平西侧连接处位于采区2煤回风联络巷与回风立井之间，2煤回风联络巷宽度4.8m，掘进高度4.1m，掘进断面面积17.2m2，净断面面积14.7m2，支护方式为锚网索喷支护，锚杆采用Φ20×2500mm右旋通口锚杆，锚杆间排距为800×800mm，锚索采用Φ17.8×7300mm钢绞线，双排布置，间排距2000×3000mm；回风立井辅助水平西侧连接处掘进宽度6.2m，掘进高度4.8m，掘进断面面积25.6m2，净断面面积22.5m2，支护方式为锚网喷支护，锚杆采用Φ20×2500mm右旋通口锚杆，间排距为700×700mm。

2 地质及水文地质概况

回风立井辅助水平西侧连接处掘进揭露2煤穿层巷道，掘进揭露2煤，顶板为粉砂岩，厚度5.4m，底板为细粒砂岩，厚度9.46m，泥质胶结，裂隙发育，遇水泥化。

回风立井西侧连接处掘进层位处于2煤及其顶、底板之中，岩性以泥岩、粉砂岩为主，2煤顶板上方5.7m为直罗组下段粗砂岩（Ⅱ）含水层，俗称“七里镇”砂岩含水层，根据回风立井检查孔资料：该含水层厚104.5m，预计涌水量200～220m3/h，富水性强，对巷道掘进工作有一定威胁。

3 工程施工概况

回风立井西侧连接处掘进将揭露五根冻结管，分别是D20、D21、D22、D23、D24（图1）。回风立井西侧连接处掘进至L2测点向前11.45m位置，工作面迎头揭露3根冻结管，从左至右依次为D23、D22、D21。

回风立井西侧连接处在受到掘进扰动影响，D21冻结管环形空间出现涌水现象，初始涌水量5m3/h，从而导致D21冻结管周围顶板发生冒落，冒落高度达3m，随着过水通道的不断疏通，涌水量呈增大趋势，最大达80m3/h，综合上覆含水层分布及工程本身因素，分析认为水源基本为冻结管环形空间导通侏罗系中统直罗组裂隙孔隙水。

为此，麦垛山煤矿通过浇筑止浆墙的方法[1-5]，对D21冻结管环形空间出水进行封堵，并充填、加固冒顶区域。

4 止浆墙注浆封堵施工

4.1 止浆墙理论参数的确定

在辅助水平回风立井西侧马头门大断面与小断面连接处施工止浆墙，支模板浇筑，厚度1.5m，强度C25，掏槽深度400mm（图2），锚杆间排距600×600mm，外露长度450～500mm，墙壁预埋导水管。止浆墙厚度计算如下：

B=K0■

B-混凝土止浆墙厚度，m；

K0-安全系数，取1.5；

ω-作用在墙上的全荷载，kg，ω=PF；

F-混凝土止浆墙的面积，m2；

b-巷道宽度，m；

h-巷道高度，m；

[σ]-混凝土允许抗压强度，MPa。

根据以上公式计算混凝土止浆墙厚度1.5m，混凝土量52m3。

4.2 注浆孔布置及泄水管和孔口管的安装（图3）

①孔口管设计长度为3m，采用φ108×6mm无缝钢管，孔口管外壁用φ6mm钢筋缠绕并焊接。

②孔口管设置（DN100-12MPa）法兰盘、止水闸阀。

③1#、2#孔为返浆孔，在距巷道底板3.9m位置巷道左右肩窝，倾角0°。

④3#、4#孔为注浆孔，在距离巷道底板3m左右肩窝向里0.7m位置。9#、10#、11#、12#钻孔距离3#孔0.7m均匀分布，倾角0°。

⑤5#、6#孔为泄水孔，布置在巷道底板上方0.6m距离左右帮1m位置，倾角0°。

⑥7#、8#孔为打钻注浆孔，布置在巷道右帮1.6m分别距巷道底板3m、2.5m位置，倾角分别为40°、33°。

4.3 注浆方式

采用下行式注浆方式，对注浆段进行“定点半封闭和直接堵水”结合方式进行注浆封水。

①注浆压力：注浆压力受控于注浆空间条件，取含水层水静止水压的2.0倍，注浆压力取静水压力+3.0MPa。

②浆液扩散半径：根据以往经验，结合现场水文地质的实际情况，设计浆液扩散裂隙孔隙半径为2.0m。

③注浆材料：置换注浆材料一般选择水泥单液浆、水泥-水玻璃双液浆，如果是裂隙较少，以空隙水为主的地层，可以选用化学浆液或其它材料。

4.4 注浆压力的确定

注浆压力的确定取决于以下两个方面的因素：①注浆压力的大小应能满足浆液克服水压而进入待注岩层体中。②井壁承受压力的能力又限制了注浆压力。一般地井壁强度能够承受的压力范围可用以下公式确定：

P=K（E2+2R0E）/2（R0+E）2

综合考虑注浆压力最大不大于6.0MPa，一般采用：注浆孔位置静水位高度产生的水压力+3.0MPa。

考虑到回风巷道附近为预留素混凝土井壁，虽然注浆前必须加固，也要密切注意注浆过程中井壁的情况，出现跑浆、开裂等异常情况立即停止注浆，分析原因，在确保安全的前提下进行施工。

4.5 注浆材料的选择

根据本次注浆工程特点，注浆材料选择以单液水泥浆为主，单液水泥浆的原材料选择42.5R普通硅酸盐水泥。

如果单液水泥浆注浆困难，考虑改用化学注浆，优先考虑改性脲醛树脂类等材料。

固管或特殊情况下需用双液浆时，水泥-水玻璃双液浆的原材料：水泥选择42.5R普通硅酸盐水泥，水玻璃选择模数为2.8～3.2，浓度为40°Be（波美度）碱性水玻璃。水泥浆配合比如表1所示。

4.6 注浆效果检验

根据《煤矿井巷工程质量验收规范》，对注浆效果进行检验，按照规定，在注浆结束7天后对效果进行检验，经检验，注浆范围内井壁无集中明出水点，检测点90%以上达到设计要求的承载力，认为此次注浆质量满足规定要求。

5 结语

利用止浆墙注浆方法对麦垛山回风立井辅助水平连接处冻结管环形空间出水点进行了注浆封堵，取得了明显的效果，保障了回风立井与回风立井辅助水平西侧连接处的顺利贯通，并且本次成功实践证明，该方法可推广应用在解决类似水害问题。

参考文献：

[1]郑璐，钱国媛，高宇梁.采用止浆墙注浆法治理金属矿山巷道突水[J].建井技术，2014（5）：006.

[2]王传永，赵宝林.止浆墙承压注浆堵水技术在巷道突水治理中的应用[J].山东煤炭科技，2014（7）：161-162.

[3]雒发生，赵龙钢.巷道突水冒顶事故处理实践[J].建井技术， 2009，30（4）：3-6.

[4]杨勇，李治国.高压注浆止浆墙结构形式厚度及施工技术探讨[J].铁路长大隧道设计施工技术研讨会论文集，2004.

[5]梁祖军.平煤二矿庚三胶带下山底板注浆加固防治水施工技术[J].煤炭工程，2011（5）：31-32.