含水层预注浆技术在新驿煤矿的应用

方志明，王传民，吴春涛

(临矿集团新驿煤矿，山东兖州  272116)

1  工作面概况

新驿煤矿施工八采区轨道下山，根据探查孔揭露该区域三灰含水层厚度为5．0m，距离3_上2煤层81．4m，三灰与3_上2煤层之间岩性主要为中砂岩、粉砂岩、砂质泥岩，揭露此处三灰水压为3．5MPa，涌水量为38m³／h，预计掘进三灰期间涌水量为102m³／h。八采轨道下山掘至变坡点以下63m可能遇到三灰，已施工24m，迎头岩性为黑色粉砂岩，岩石产状为240°∠12°。考虑三灰含水层补给条件差、富水性中等，决定进行巷道超前预注浆，以根治水源，穿过三灰，实现快速掘进。

2  预注浆设计

2．1  预注浆设计依据

    依据目前三灰含水层最大水压3．5MPa(预计巷道揭露三灰处的水压)计算掘进安全隔水层厚度。

式中：在一定水头压力下保证安全所需底板隔水岩层厚度(m)；

    —巷道宽度(取3．2m)；

    —隔水岩体容重(取2．55t／m³)；

   —作用于隔水层底板的水柱高度(取350m)；

    —底板岩石抗张强度(取8t／t²)。

    经计算八采轨道下山掘进时底板安全隔水层厚度14．2m。根据上述计算确定八采轨道下山沿坡度—23°掘进至变坡点前24m时停止掘进(实际底板安全隔水层厚度22．3m)，布置钻孔进行预注浆。

2．2  预注浆钻孔设计

2．2．1  钻探设备

  ZL一100型钻机；Φ42×5．5mm地质钻杆；Φ108mm和Φ65mm筒状合金或PDC金刚石复合片钻头。

2．2．2  注浆设备

    本次注浆使用SGB6—10注浆泵及配套设备。

2．2．3  钻孔结构

    所有钻孔采用二级结构，开孔Φ108mm，钻进15．5m后下入Φ89x5mm的孔口管15m，注浆固管经耐压试验合格后安设高压闸阀，再换径Φ65mm钻头取芯钻进至终孔，详见图1。

图1  钻孔结构图

2．2．4  注浆压力

    考虑目前三灰含水层实际观测最大水压3．5MPa(钻探揭露三灰水压)，因此本次注浆压力设计为静水压力的1．20倍，即：4．2MPa；清水试验压力为静水压力的1．2倍，即：4．2MPa，且维持终压终量30min后，钻孔不漏水或不漏浆，即可结束注浆或试验，证明固管合格。实际浆液注入量大于或接近设计计算注入量，注浆压力呈规律性增加并达到终压；维持终压30rain后即可结束注浆。

2．2．5  注浆材料及浆液配比

    注浆固管及封孔注浆，浆液采用单液水泥浆，水泥采用425#普通硅酸盐水泥，浆液水灰比选用1：l，施工时可根据现场情况酌情选择调整。如在加固迎头或者孔口周围岩缝等溢浆时，更换注入双液浆，双液浆采用水泥与水玻璃调配，要求选用Be’=50的水玻璃，水泥浆液与水玻璃配比选用标准为1：1。

2．2．6钻孔布置

    根据其他矿井的经验，水泥浆在三灰中扩散半径为2～5m，布置钻孔9个，分别为注浆孔8个，检查孔1个，具体见图2、图3。

2．2．7  预注浆量估算

图2  八采区轨道下山预注浆钻孔剖面图

图3  八采区轨道下山预注浆钻孔剖面图

式中：—预注浆量；

    c—注浆系数，取1．2；

    —岩石裂隙率，取0．03；

    —有效充填系数，取0．208；

    —扩散半径，取3．0m；

    —注浆段长度，取50m。

    按水灰比1：0．6折算约用水泥6t。经估算首个钻孔的用水泥量约为6t，6个注浆孔按每孔递减1／2估算，共计约用水泥12t。

3  预注浆实施

工程前后施工注浆钻孔9个，分别为：注浆孔8个，检查孔1个，累计工程量460m。每个钻孔下孔口管15m，孔口管埋设牢固，经耐压试验合格后钻进，耐压标实测水压的1．2倍。

    注浆浆液采用水泥单液浆，采用32．5R普通硅酸盐水泥，浆液水灰比选用1：0．4～1：1，施工时根据现场情况选择调整。

实际浆液注入量大于或接近设计注入量，注浆压力呈规律性增加并达到设计终压4．2 MPa，且维持终压30min后结束注浆，前后8孔累计注入水泥13．5t，浆液量约35m3，达到了设计标准要求。

4  结论

(1)含水层预注浆技术的应用，在巷道周围形成了人为的隔水屏障(隔水墙)，堵截了补给水源通道，隔离了含水层，达到了巷道安全、快速施工的目的。

    (2)注浆后的三灰含水层涌水量由预计的102m3／h减少到3～6m3／h，减少约95m3／h，由于三灰含水层水量丰富，短时间内不易疏干，使排水费用大大降低。

  (3)掌握了三灰含水层扩散半径在3～5m，为今后注浆提供了科学依据，为矿节约资金约20万元。

*收稿日期：2008一03一05

  作者简介：方志明(1977一)，1996年毕业于徐州煤炭工业学校矿井地质专业，现在临矿集团新驿煤矿地测科工作。