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2010年第6期
煤炭工程
施工技术
综合注浆法建造阻水墙技术
南生辉
(煤炭科学研究总院西安研究院,陕西西安710054)
摘要:煤矿发生突水灾害后,在突水构造及其位置不明确的情況下,利用独头过水巷道的
有利条件,通过灌注骨料和注桨施工建造阻水墙成为最直接、最快速有效的治理方案。论文以东
庞矿2903工作面陷落柱突水灾害为例,系统介绍了综合注浆法建造阻水墙的エ艺技术与方法。
关键词:过水巷道;综合注浆法;阻水墙;旋喷注浆;充填注桨
中图分类号:TD824.6·2文献标识码:B文章编号:1671-0959(2010)06-002903
2003年4月12日东庞矿2903工作面下巷掘进过程中
发生了我国历史上罕见的2“煤层特大突水淹井灾害,实测
最大突水水量为70000m3/h。由于突水量远远大于矿井排
水能力,导致整个矿井被淹。
通过突水水文地质条件分析认为,突水水源为奥陶系
强岩溶含水层,突水通道为陷落柱。为了加快治水工程进
y/然
度,尽早恢复矿井,减少灾害损失,经专家论证后,对
2903工作面陷落柱突水灾害的治理工程分为两期进行:一
485.4
期为封堵过水巷道工程,先堵巷封水恢复生产,同时进行
陷落柱探查;二期为封堵陷落柱治理工程,以根治水患
避免陷落柱二次突水事故的发生。
2903工作面下巷为宽4m、高3m的煤层巷道,巷道处
水压5MPa,一期工程方案共布置注浆孔8个,设计阻水墙
长度105m,如图1所示。
阻水墙建造工艺流程
图1工程布置示意图
期工程治理方案为封堵过水巷道,其实质就是在
第一阶段为骨料灌注阶段,利用透巷钻孔,采用孔口
2903工作面下巷中,通过灌注骨料、注浆形成一定长度的水力射流携带、砂石自重下落法灌注一定级配的石子和沙
阻水墙,切断过水通道。透巷钻孔先行灌注骨料,当骨料子,其目的是充填过水巷道,降低水的流速、缩小过水面
完全充填过水巷道封堵段,将管道流变为渗透流的转化后,积,为后期注浆施工做准备。
依次实施旋喷注浆、充填注浆、升压注浆、引流注浆等项
第二阶段旋喷注浆阶段,选择3个不相邻的钻孔进行
注浆工艺
旋喷注浆施工,通过注入高压水泥浆液流,强制切割周围
阻水墙的建造分为五个阶段,顺序如下
骨料,使水泥浆液与骨料充分混合,形成3个相对孤立的截
可怕的是井筒渗砂。井壁出砂后,一方面,因砂流的摩擦,于当时风井正承担主要提升任务,一直未来得及注浆,
促进了井壁裂隙的扩展,造成渗水渗砂量快速增大,给注个月后,水中开始夹砂,且含砂量在短时间内急剧增大,
浆施工带来困难;另一方面,若井壁外部地层砂量流失严矿上当即成立抢险小组,投入人力物力,及时进行了注浆,
重,会破坏地层的稳定性,导致井筒周围受力不均,井筒一周时间内将渗砂控制住,险情方才消除。
可能会出现致命性的破坏。丁集矿风井第一次出水时,由
(责任编辑章新敏
收稿日期:2009-10-28
作者简介:南生辉(1965-),男,陕西兴平人,高级工程师,1985年毕业于中国矿业大学煤田地质及勘探专业,在煤
炭科学研究总院西安研究院水文所从事煤矿防治水技术研究工作,主要研究领域是煤矿注浆堵水。
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施工技术
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2010年第6期
断过水断面的砂浆或混凝土结石体
1.7,可加人水泥量0.03%~0.05%的三乙醇胺和0.3%
第三阶段为充填注浆阶段,在旋喷注浆孔之间进行充0.5%的食盐。
填注浆,将旋喷结石体之间的空隙充填,形成一个整体的
喷浆压力:5~10MPa
连续的阻水墙。
喷体结构:喷嘴直径为中3~4m,三喷嘴型
第四阶段为升压注浆阶段,主要对阻水墙与顶底板岩
旋喷注浆泵:LM-500/22型泥浆泵
石的接缝,以及岩石裂隙进行注浆加固,一方面增强阻水
3)旋喷注浆施工工艺流程
墙与围岩粘接力,提高抗挤出与抗水流冲刷能力,另一方
旋喷的主要目的是通过水泥浆的射流搅拌,把巷道中
面,注浆封堵了顶底板裂隙,可以防止突水绕流。另外,的骨料初ル形成一个以针孔为中心的砼体,并经反复多次
通过高压注浆提高阻水墙体的强度与抗渗透能力,封堵薄旋喷使其成为巷内的一个局部固定“阻水段”。工艺流程如
弱带的过水通道。
下:①当巷内骨料已注满,并经多次下钻反复冲扫骨料堆
第五阶段为引流注浆阶段,在工程后期矿井完全淹没、积高度仍高于巷顶,经注(压)水试验,单位吸水率即ムq值
阻水墙基本形成情况下,井下突水基本为静水状态。为了已降到II/min?m以下时,即可下人三孔射流旋喷钴头,采
检验堵水效果,封堵残留小的过水通道,在矿井试验排水用水泥浆喷射自上而下射流搅拌至孔底く低于巷底的深度),
期间,利用C2孔进行注浆,对出水口附近进行注浆封堵。然后再由下面上…边提升、一边旋转喷射至巷道顶以上的
钻孔内;②水泥凝固6~8h后,扫孔到底,进行第二次旋
2旋喷注浆工艺
喷(参数同①),如此反复多次,直到孔口返浆为止;③待
2.1旋喷注浆工艺使用的技术条件
凝48h后,经用筒状钻头取芯,若芯密实完整,说明旋喷
般来讲,旋喷注浆工艺有自身用的地层条件与施效果好,否则,下钻具重复旋喷注浆,直到岩芯完整,且
工深度,东庞矿2903工作面下巷深度为580m,巷道中的结孔吸水率达到设计要求后,方可进入下一阶段的升压
骨料完全充水、且为流动水。通过对巷道工程地质条件分注浆。
析后,答案是肯定的,能够满足旋喷注浆施工,原因如下
最后扫孔到巷底以下2m,在巷内经旋喷形成的混凝
1)旋喷注浆施工受深度限制的主要原因是地层压力因士体上打成一个钴孔大小的孔眼,以便注浆浆液经该孔眼
素,随着旋喷深度的増加,地层压力随之增大,达到一定充填巷道、进入顶底板裂隙,加压注入底板岩层、煤层与
深度后,高压浆液流已无不能克服地层阻力,无法进行切砼体之间间隙、以进一步减少残存的渗透水流。
割置换形成旋喷固结体。施工段虽然处于580m深处,但旋2.3旋喷注浆施工
喷段为前期灌注的骨料,是松散的砂石堆积,与同岩属不
旋喷注浆历时2周,主要在G8、G7、G3三个钻孔中
连续接触,巷道本身为独立的稳定结构。因此,旋喷段基进行的,共用水泥325,浆液比重为1.6~1.7g/cm3。位于
本不受上覆地层压力的影啊
中间的G6孔及后期施工的G4、G5孔末进行旋喷注浆
般情况下,受注层段中充满了流动的水,这是旋
喷注浆的一个不利条件,流水会帯走水泥浆液,影响固结3充填注浆工艺
体的形成。2903下巷经骨料的充填、封顶后,已建成具有
充填注浆是在旋喷注浆的基础上,采用600~800L/min
足够长度和强度的“阻力段”,这时巷道过水量已大幅减的大排量注浆泉注人比重1.7vm3左右的高浓度速凝浆材,
少、地下水流速大大降低,钻孔单位吸水率即q值已降到快速充填巷道内旋喷固结体之问未填满的空间。
Iレmin:m以下,从而把巷道内的“管道流”改造成“滲3.1充填注浆参数及工艺流程
透流”。另外,通过旋喷注浆工艺与浆液性能参数控制,可
1)注前压水:每个钻孔充填注浆之前应压水,其目的
顺利实施旋喷注浆施工。
是检验注浆设备和管路的运行状态及密封性能,二是检
2.2旋喷注浆エ艺
查钴孔的畅通情况,根据水量和压