暗斜井过“三灰”承压含水层的探讨

王庆照，林雪礼，赵卫国

(山东里能鲁西矿业有限公司，山东济宁  272053)

1  问题提出

下组煤轨道、胶带及回风暗斜井是鲁西矿为开拓下组煤采区的矿井延伸工程，该工程设计必须穿过“三灰”承压含水层，三灰水压大、水量大，仅靠疏放无法保证巷道正常的施工安全，为顺利通过该巷道必须采取一系列措施。

2  分析问题、解决问题

2．1  基本地层、含水层情况介绍

    下组煤轨道暗斜井设计坡度—20°，施工长度350．9m(自—300m到—420m水平)。主要施工层位为山西组底部和太原组地层。山西组底部地层岩性主要由浅灰、灰白、灰绿色中细砂岩、深灰色粉沙岩、泥岩及煤层组成，组内岩性变化较大，主要以砂岩为主。太原组地层岩性主要由深灰色粉沙岩、泥岩、灰色砂岩、石灰岩及煤层组成，为一套典型海陆交互相沉积，该层段含灰岩12层，其中三、八、十_下三层灰岩的厚度较大，较稳定，且三灰、十_下灰赋水性较强。

    根据设计巷道所要穿过的地层分析，主要含水层为3煤顶板砂岩裂隙含水层、“三灰”含水层及“十_下灰”含水层。

    三灰全井田发育，层位稳定，岩性致密、坚硬，岩溶裂隙较发育，厚度3．94～6．48m，平均5．08m，勘探时4—2、6—2、6—1、7—1、7—5、10一1、13—1号钻孔漏水，漏失量为1。26m3／h，其中5个孔的漏失量>10m3／h，根据4—2孔抽水试验，静止水位标高+27．64m，

q=O．0284L／s．m，k=O．5616m／d。

2．2  根据矿井地质报告资料提出初步方案

    根据地层及钻孔资料分析，三灰属于岩溶裂隙含水层，含水量较大，初步确定边施工、边探测，在距离三灰20m时进行含水层钻探，通过钻探情况研究最终通过方案。

2．3  钻探资料分析

    当巷道掘进到垂直距“三灰”含水层20m时停止施工，按照探、注“三灰”含水层设计，在巷道掘进迎头，按注浆钻孔设计参数施工2个探水孔。当1#孔钻探至三灰时，钻孔开始出水(开始水量不大)，继续向前钻进600mm时涌水量加大，至20mm³／h、水压达到2MPa时，暂停施5121#孔，施工2#孔，2#钻孔一次完全穿过“三灰”含水层后，又向前钻进5m后停钻放水观察，2#钻孔涌水量约80m³／h，水压为2MPa左右。由以上资料分析并推测，轨道暗斜井实际揭露“三灰”含水层位置在一343．78m，三灰真厚度为5．5m。

2．4  方案确定

    根据地质资料及实际揭露分析，本区“三灰”含水层的涌水量及水压分别为80m3／h和2MPa左右。因此确定对“三灰”含水层进行帷幕注浆堵水。

2．4．1  设计方案

    根据涌水量的预测及地质资料分析，设计布置5个钻孔进行注浆，其中注浆钻孔4个、检查孔1个。对已施工的2个钻孔(按注浆要求布置的)进行注浆，然后打1个孔注1个孔，最后打1个检查孔，检查注浆效

果。单孔打钻、注浆顺序如图1。

    注浆孔呈环形布置，分别向注浆孔内注入水泥浆，在巷道预计将要通过的“三灰”含水层位置，形成直径约lOm的水泥浆帷幕。注浆施工结束后在4个注浆孔的中间施工1个检查孔，检验注浆效果是否达到设计要求，步骤为：

    (1)先对钻孔注浆，然后根据注浆后扫孔出水的情况(出水量<1 m³／h)，再施工检查孔，并根据检查孔的出水情况确定是否还要注浆。

    (2)检查孔出水>1m³／h时，即认为注浆孔注浆未完成，须继续进行注浆，直至检查单孔涌水量<1m³／h时，即认为该注浆工作完成。通过“三灰”含水层。

2．4．2  注浆孔布置参数

    注浆钻孔布置参数见表1。

图1  打钻、注浆顺序图

表1  注浆钻孔布置参数

3  方案实施

3．1  注浆前期准备工作

    (1)准备好施工设备及材料。

    (2)供风、供水、供电、及通讯设施接到施工现场。

    (3)排水设备及排水系统必须满足要求。

3．2  注浆施工工艺

3．2．1  注浆材料及浆液配比

    (1)注浆材料：新鲜普通硅酸盐水泥、食盐、三乙醇胺；

    (2)浆液配比为水：水泥=1：1，在注浆过程中，视具体情况适当提高或降低灰浆浓度，以提高注浆效果。水泥与添加剂的配比为水泥：食盐=1：0．05(重量比)；水泥：三乙醇胺=1：0．0005(重量比)。

3．2．2    浆参数

    注浆压力取决于巷道的抗压强度和出水孔的静水压力。一般注浆压力只要大于注浆孔静水压的1．5倍即可，即注浆压力I>3．OMPa，为安全起见注浆压力要≤5．OMPa。在实际操作过程中，注浆压力可由小逐渐增大，并以能注进浆液压力为准，直至不吸浆为止。在升

压过程中，应派专人观察巷道的变化情况，发现问题及时处理。

3．2．3  压水实验

    在每次注浆之前，必须做压水实验，以便检查止浆管的止浆效果及浆孔周围巷道的裂隙出水情况，压入水量不小于管路与钻孔的管路2倍，若发现裂隙出水及新出水点，为防止漏浆，可事先用棉纱与道钉封堵，或用丝杆千斤顶弧形板加羊毛毡等方法封堵，堵好之后开始注浆。

    压水试验之前须作两件事：(1)要测静水压力以确定该注浆孔时所用压力。(2)测注浆孔的涌水量以确定及调整水泥浆的浓度，之后作压水试验。

3．2．4  施工工艺

    (1)按注浆工艺流程和注浆参数进行注浆。

    (2)注浆达到终压不进浆时，吸浆管放置清水中25min，方可停注浆泵，关孔口阀。

    (3)打开泄压阀，开注浆泵，用清水冲洗管路，待完全变清水后拆下注浆管。

    (4)在注浆过程中要派专人严密监测巷道状况，发现异常情况，立即处理。

    (5)注浆结束时，注浆孔扫孔后出水量≤lm³／h。

3．3  注浆施工

    施工采用分段注浆，钻孑L钻进灰岩出水后即进行注浆，浆液凝固后再继续钻探，出水后再注浆，直至穿过三灰，注浆并进行扫孔后完成注浆工作。一般每个注浆孔经过三次注浆即可达到设计要求。

在实际操作过程中，注浆压力由小逐渐增大，并以能注进浆液压力为准，直至不吸浆为止；在升压过程中，由专人观察巷道的变化情况，发现问题及时处理。

4  施工后的情况及效益分析

    轨道暗斜井及胶带暗斜井、回风暗斜井三条下山采用注浆堵水后，均安全通过了“三灰”含水层。这次注浆施工工期为43d。

    本工程如果采用疏放三灰水，根据水量和水压情况，预计至少疏放三个月，才能勉强施工，在今后的施工过程中面临着带水掘进，不仅造成施工条件恶劣，劳动强度大，而且使工程管理难度大，人员心身疲惫。

    本区“三灰”含水层的涌水量及水压分别为80m³／h和2．OMPa左右。每天仅—450m水平轨道暗斜井一条下山就至少要排放1920v13的水量，三条下山一年就要排放210万m³的水量。现有的矿井排水设备将长期处于高强度的运转，增加了排水设施的维护难度，对整个矿井的安全造成安全隐患。采用注浆堵水后，极大的减轻了巷道通过后的排水压力，节省了大量排水设备及资金。

5  结语

通过施工，顺利通过三灰，为防治“三灰”承压水积累了经验，减少了三灰水害威胁，为其他单位成功治理灰岩水提供依据，但由于各矿的地质条件不同，要根据各自的实际情况有选择的利用，在施工中要灵活掌握，严格要求，保证工程质量，以达到预期的目的。

*收稿日期：2008一03—10

  作者简介：王庆照(1967一)，男、汉、临沭人，1989年7月毕业于山东矿业学院，学士、高级职称、现鲁西煤矿总工程师，发表论文多篇。