帷幕注浆堵水技术在峻德矿安全出口的应用

摘 要：本文结合峻德矿安全出口动水流砂层注浆堵水的实践，在通过分析动水水文地质环境的基础上，通过帷幕注浆的技术合理确定注浆段位、注浆参数，调整注浆配比和控制注浆压力等方法。该方法在峻德矿安全出口注浆堵水中，取得了显著成功。

关键词：馈沙;馈水;帷幕注浆;注浆封堵

1.引言

主要针对峻德矿安全出口钢架支护出水段，钢架支护长度为20m段距，根据以往资料，该安全出口自贯穿以来就存在多处出水点，初期总涌水量为75-85m3/h，2013年12月4日涌水量呈增大趋势，达到108-120m3/h。至2014年1月25日，水量趋于稳定，涌水量为90.4-105m3/h，并且存在漏砂现象，2014年至2015年的近两年时间内安全出口漏砂量就超过20m3，极大威胁着矿井安全生产

2.工程概况

本次注浆施工主要针对峻德矿安全出口钢架支护出水段，钢架支护长度为20m段距，根据以往资料，该安全出口自贯穿以来就存在多处出水点，初期总涌水量为75-85m3/h，2013年12月4日涌水量呈增大趋势，达到108-120m3/h。至2014年1月25日，水量趋于稳定，涌水量为90.4-105m3/h，并且存在漏砂现象，2014年至2015年的近两年时间内安全出口漏砂量就超过20m3。长期的涌水、溃砂，不仅使得地表年沉降率达到1.5m/a，严重威胁地面建筑及设施安全，而且造成安全出口人员疏散功能急剧恶化，安全出口功能锐减;同时地面沉降更是威胁安全出口内铺设的瓦斯疏排管路安全。因此，为了从根本上解决矿井安全逃生通道内漏水、漏砂情况，确保矿井逃生通道安全畅通，峻德矿决定对该安全出口进行综合治理。

3.地质及水文地质条件

根据以往地质资料及安全出口揭露，施工区域完整地层段上部为第四系砂层，厚约44.34～46.8m，地表有20cm左右的表土层，中部为细砂、中砂、粗砂及薄层河泥沉积。下部为白垩系砂岩、泥岩。根据钻孔揭露情况看，安全出口西侧多为细砂沉积，东侧大部分为粗砂、中砂沉积，个别地段存在流砂空洞;安全出口巷道正上方多为人为回填堆积物，空隙较大。

施工区域揭露的主要含水层分别为第四系砂层孔隙含水层、白垩系风化裂隙含水层。其中第四系为砂层孔隙水，含水层主要为中、粗砂，底板标高+188.9m，富水性较强。由于安全出口的长期涌水，加之煤矿开采的长期输排水，根据注浆钻孔水位观测，安全出口出水段附近第四系动水位埋深在30～33m，残余水头高度13.8m。安全出口穿过第四纪砂层长度105.85m，主要出水段长度约20m，主要涌水点均位于该区段。白垩系为风化裂隙水，据以往资料该区风化裂隙一般在45m深度附近，据安全出口通道施工揭露该区段风化裂隙发育，局部富水性较强。

根据峻德煤矿第四系观测孔水位观测数据显示，在安全出口附近形成了一个典型的降落漏斗，该区动水主要受矿井西侧鹤立河水源侧向补给。因此在对该安全出口进行注浆过程中，确定采取帷幕注浆方式进行注浆堵水，各注浆钻孔深度为55m，先期对安全出口西侧进行帷幕注浆，在隔绝了大部分补充水源后，再进行定点注浆加固的注浆技术方法。

4.施工工艺

（1）注浆钻孔的布置及施工

根据矿区第四系流砂层地质资料，为了保障注浆效果，前期确立注浆钻孔孔深55.00m直至完整基岩面终孔，注浆钻孔上段0～30.00m下入实管并压浆固管，注浆钻孔下段30～55.00m为注浆段，保证所注水泥浆液在波及风化基岩面并注死风化裂隙的同时能够将安全出口附近第四系流砂层动水完全隔离并替换为水泥浆液，完成安全出口全方位的加固与封注。前期注浆结束后，为了用所注浆液对先期帷幕进行定位补充，故而根据加固补充的层位深度进行分段设计钻孔进行分段分级注浆，注浆钻孔孔深根据所需加固的最大距离进行实际确定。所有地面钻孔孔间距为5.0m，成点状梅花分布。所有注浆钻孔孔口焊一个同管径带丝扣的连接管安装高压球阀，缠以麻丝，并将其通过法兰盘焊接在钻孔套管上，外漏不大于500mm，以便于安装球阀;打压试验达到7 ～ 8 MPa 时，将注浆用的三通连接到球阀上，即可开始注浆。这种孔口管加工简单，操作简便，成本低，方便、快捷、高效，安全。

（2）注浆施工准备

在施工场地内选择合适地段为造浆工作点，并设置搅拌机、储浆池、清水池和注浆泵（见图3）。注浆施工前，备好风、水、电等管线系统以及各种注浆设备、注浆材料，并进行检修，保证完好，并针对安全出口地下巷道制定相应的巷道表面采取防跑漏浆处理措施。

（3）注浆施工

注浆设备材料工具贮备→造浆→管路连接→注清水→注浆→停止注浆关闭注浆阀。

（4）注浆参数

注浆压力是推动浆液克服各种流动阻力，使浆液在基岩裂隙中扩散，宜采用2～2.5倍静水压力;注浆过程中，由于浆液的充填作用，裂隙逐渐被充塞，流量则随注浆压力的升高而减小，在基岩裂隙中流量以50～60L/min 为宜，注入量与注浆压力有密切关系，要有合理的注浆压力来保证浆液注入量，也可以注浆孔涌水量大小和冲洗液漏失量大小来定;相同条件下，浆液越浓，粘度越大，扩散距离越小。本次注浆确定了1：0.7、1：0.9以及在灰水比1：1的条件下水泥浆与水玻璃体积比为4：1的不同注浆情况下的制浆参数，每个浓度级连续注入40～50min后再提高浆液浓度。

（5）注浆过程

按注浆要求连接好注浆管路，调节注浆泵安全阀，经试运转正常后方可开泵注浆;在搅拌桶中放入适量的水，再按配比放入水泥，使浆液的水灰比控制在0.7～0.9的范围。用ZJ400搅拌器搅拌浆液，搅拌时间对于浆材与水的充分混合有着非常重要的影响，搅拌时间太短，浆材与水混合不均勻，使浆液的流动性受到很大的影响，搅拌时间为5min;开泵注浆，当注浆压力达到设计终压时停止注浆。注浆顺序为先西侧孔后东侧孔先外围孔后内排孔的注浆次序依次进行间孔注浆。注浆过程中，随时观察并记录注浆压力、注浆量等注浆参数变化情况。此外，随时观察巷道表面跑漏浆现象，一旦发生跑漏浆，应及时采取措施进行糊堵，大量漏浆时可在水泥浆液中加入适量水玻璃进行注浆，封堵后再改换成水泥单液浆，注浆期间，施工人员应注意注浆泵的运行状况及排浆情况，确保注浆泵的完好。

5.注浆效果

峻德矿安全出口早期涌水量为90.4-105m3/h，并且存在漏砂现象，年溃砂量约10m3，安全出口地表年沉降率达到1.5m/a。通过本次的地表帷幕注浆，使得安全出口井下出水总量由最早稳定的90.4m3/h降低至目前测得的4.5m3/h，井下涌水量实际减少了近95.02%，且井下不再出现溃砂现象，地表一年观测无明显沉降，注浆堵水效果显著，达到了预期治理的目的。

作者简介：

代英浩，男，1985年9月出生，工程师，黑龙江大学水文地质专业，现工作于龙煤鹤岗矿业有限责任公司地质测量部，主要从事矿井水文、地质方面的技术及管理工作。