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巷道顶板注浆加固防水技术的应用实践
2019-05-17
山西某煤矿在掘进 15102运输顺槽到 375m时,受到 15101工作面采空区积水影响, 巷道顶板出现了大量淋水,通过 K2灰岩的裂隙和锚索、锚杆钻孔渗出,迎头顶板淋水出水量近 30m3/h,采掘接替受到严重影响。根据水害防治经验和研究分析,制定了分段注浆加固的技术方 案,在 15102运输顺槽通尺 375~660m段和 720~1705m段,采用硫铝酸水泥复合材料进行注浆 加固;针对 660~720m阶段顶板岩层构造裂隙发育,实施超前化学浆液立体封堵加固。实践表明: 该方案可以在有效防治顶板淋水的同时提高工作面施工的安全系数,能够有效排除采空区富水区 域对工作面的威胁。
Serial No. 600 April. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 600期 2019 年 4 月第 4 期 巷道顶板注浆加固防水技术的应用实践 王ꢀ 强ꢀ 鲍远堂ꢀ 焦ꢀ 昊ꢀ 杨鹏飞 ( 山西凌志达煤业有限公司) ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 山西某煤矿在掘进 15102 运输顺槽到 375 m 时,受到 15101 工作面采空区积水影响, 巷道顶板出现了大量淋水,通过 K2 灰岩的裂隙和锚索、锚杆钻孔渗出,迎头顶板淋水出水量 3 近 30 m / h,采掘接替受到严重影响。 根据水害防治经验和研究分析,制定了分段注浆加固的技术 方案,在 15102 运输顺槽通尺 375 ~ 660 m 段和 720 ~ 1 705 m 段,采用硫铝酸水泥复合材料进行注 浆加固;针对 660 ~ 720 m 阶段顶板岩层构造裂隙发育,实施超前化学浆液立体封堵加固。 实践表 明:该方案可以在有效防治顶板淋水的同时提高工作面施工的安全系数,能够有效排除采空区富水 区域对工作面的威胁。 关键词ꢀ 注浆加固ꢀ 顶板淋水ꢀ 构造发育 水害防治 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 04. 055 Application Practice of Grouting Reinforcement Technique for Roadway Roof Wang Qiangꢀ Bao Yuantangꢀ Jiao Haoꢀ Yang Pengfei ( Shanxi Lingzhida Coal Industry Co. ,Ltd. ) Abstractꢀ A coal mine in Shanxi Province is affected by the accumulation of water in the goaf of 15101 working face when the excavation 15102 is transported to 375 m. The roof of the roadway showed a large amount of water,which is leaked through the cracks of the K2 limestone and anchor rope and bolt. 3 The amount of water in the roof of the roadway heading is nearly 30 m / h,and the mining succession is seriously affected. According to the experience of water damage prevention and research analysis,a techni- cal scheme of segmented grouting reinforcement is developed. The 15102 transport slot pass-through 375 ~ 660 m section and 720 ~ 1 705 m section are used for grouting reinforcement with sulphoaluminate ce- ment composite;for the 660 ~ 720 m section,roof rock stratum tectonic development,three-dimensional sealing and reinforcement is done by using advanced chemical slurry. The practice show that the scheme can effectively prevent the roof from dripping water while improving the safety factor of the construction of working face,besides that,the threat of goaf water-rich area to working face can be avoided effectively. Keywordsꢀ Grouting reinforcement,Roof watering,Structural development,Water damage preven- tion 3 ꢀ ꢀ 随着矿井开采深度不断增加,地质条件复杂多 水量接近 30 m / h,严重影响了巷道的掘进进度和 采掘接替,在给矿井生产带来极大安全隐患的同时, 也增加了排水费用。 本研究针对该矿井地质构造情 况,采用分段注浆方案对构造发育阶段进行治理,确 保巷道掘进顺利进行。 变,水害事故日益增多,对矿井建设和安全生产造成 [ 1-4] 。 目前,注浆加固技术是煤矿防治水 了严重影响 [ 5-9] 。 山西某煤 害应用普遍且行之有效的方法之一 # 矿开采 15 煤层时,采用锚杆锚索加锚网的联合支 护形式,在掘进 15102 工作面运输顺槽时,巷道顶板 出现了大量淋水且持续时间较长,迎头顶板淋水出 1ꢀ 工程概况 该煤矿掘进工作面为 15102 运输顺槽掘进面和 1 5102 回风顺槽掘进面(图 1)。 在运输顺槽掘进至 ꢀ ꢀ 王ꢀ 强(1982—),男,助理工程师, 046606 山西省长治市。 375 m 左右时,由于受到 15101 运输顺槽采空区积 1 86 ꢀ ꢀ 王ꢀ 强ꢀ 鲍远堂等:巷道顶板注浆加固防水技术的应用实践ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 4 月第 4 期 水影响,巷道负坡度掘进,巷道顶板出现大量淋水, 并通过顶板的 K2 灰岩裂隙和锚索、锚杆钻孔渗出。 65 mm 封孔器下入孔内,注浆前需将注浆管与封孔 器连接牢固,并认真检查合格后,方可开始注浆。 正 常区段的滞后注浆采用直径 2 寸、长度≥0. 5 m 的 镀锌插管,用布缠绕后插入孔口,并用铁丝牢固绑扎 至锚索上,外接逆止阀后连接注浆管注浆;非正常区 段采用(根据该化学浆的使用要求)专用封孔器;注 浆管直径为 19 mm,长度为 3 ~ 5 m,根据具体注浆 要求进行适当截取,连接风动注浆泵进行注浆封堵。 3 经检测,顺槽迎头顶板的淋水量接近 30 m / h,采掘 接替受到严重影响。 2 . 2ꢀ 钻孔参数 超前验证钻孔设计用矿超前探水钻机( SGZ- 111A 型矿用坑道钻机或 ZQJC-360 / 7. 1S 型气动架 图 1ꢀ 15102 工作面布置示意 柱式钻机)施工,孔径 70 mm。 正常区段超前注浆钻 孔选用矿用 ZDY1900S 型钻机施工,钻孔孔径 70 mm。 正常区段滞后注浆钻孔采用 MQT-130 / 3. 2 型 气动锚索钻机施工,钻孔孔径 32 mm 或 42 mm。 非 正常区段钻孔使用矿用风煤钻施工,钻孔孔径 42 mm。 目前 15101 采空区内存在较大范围的富水区 3 域,预计积水量最大约 100 万 m 。 截至 2018 年 4 月 23 日,共施工放水孔 23 个,总计放水量约 26. 5 3 3 万 m ,剩余水量约 73. 5 万 m 。 15102 运输顺槽在 通尺 375 ~ 1 705 m 段受 15101 采空区积水影响较 大,集中表现在 3 个区段:①巷道通尺 375 ~ 660 m 段(阶段 1),顶板岩层完整,需解决顶板淋水问题; 正常区段超前注浆和滞后注浆均采用 ZBQ- 40B11 型双液注浆泵,注浆压力不低于 5 MPa;非正 ② 巷道通尺 660 m 至构造结束后 20 m(实际到巷道 常区段注浆采用专用双液气动化学注浆泵,注浆压 力不低于 2 MPa。 通尺 720 m 处)(阶段 2),巷道和保安煤柱顶板煤岩 层破碎,煤柱抗压强度较低会导水,需解决掘进期间 顶板 和 煤 柱 渗 水、 溃 水 隐 患; ③ 巷 道 构 造 结 束 至 1 705 m 段( 阶段 3),无构造,巷道顶板岩层完 整,需解决顶板淋水问题。 2 2 . 3ꢀ 顶板分段作业参数 . 3. 1ꢀ 钻孔布置 正常区段采用超前注浆或滞后注浆方式。 在巷 道迎头随巷道每掘进 20 m,增加施工 1 个超前顶板 验证钻孔。 验证钻孔参数为方位角 270°,倾角 40°, 孔深 14 m。 设计直接开孔于巷道顶板,终孔于 K2 灰岩中;巷道倾角变化较大时,可适当调整孔深,要 求钻孔不得穿过 K2 灰岩。 钻孔布置如图 2、图 3 所 示。 钻孔 成 孔 后, 若 无 出 水 或 出 水 流 量 小 于 3 2 ꢀ 分段注浆加固治理方案 根据 15102 运输顺槽巷道围岩岩性及构造发育 情况,将 15102 运输顺槽通尺 375 ~ 660 m 和 720 1 705 m 段划为正常区段,其中通尺 375 ~ 430 m ~ 段采用正常阶段滞后注浆加固方式,通尺 430 ~ 660 m 段和 720 ~ 1 705 m 段采用正常阶段超前注浆加 固方式,注浆材料采用硫铝酸水泥复合材料(抗压 强度大于 45 MPa);将 15102 运输顺槽(通尺 660 ~ 3 3 m / h,采用滞后注浆方式;若出水流量大于 3 m / h, 采用超前注浆方式。 7 20 m 已揭露穿过构造) 和超前探测到较大构造区 段划为非正常区段,进行化学浆超前预注立体封堵 [ 10-14] 。 根据顶板 加固,封堵加固段长度预计达 60 m 岩层水压、构造发育和导水通道等要求,钻孔注浆措 施为:①非正常区段,依据超前探测成果和巷道实际 揭露情况确定起始位置,采用矿用风钻机随掘随注 化学浆;②正常区段,根据超前验证钻孔数据,采用 超前注浆或滞后注浆方式。 图 2ꢀ 超前钻孔平面布置 2 . 1ꢀ 注浆材料 根据治理方案要求,正常区段注浆材料采用硫 铝酸水泥复合材料(抗压强度大于 45 MPa);非正常 图 3ꢀ 超前验证钻孔布置剖面 [ 15] 2. 3. 1. 1ꢀ 正常区段超前注浆钻孔布置 区段注浆材料采用特殊的化学浆液复合材料 。 15102 运 输 顺 槽 在 通 尺 430 ~ 660 m、 720 进行注浆作业时,正常区段的超前注浆采用直径为 1 87 总第 600 期 现代矿业 2019 年 4 月第 4 期 ~ 1 705 m 段,巷道围岩稳定,无构造发育,巷道倾 3 角均小于 15°,验证孔水量大于 3 m / h,采用正常区 段超前注浆加固方式,治理阶段 1、3 顺槽淋水过大 问题。 20 m 为 1 个循环,每个循环设计注浆钻孔 7 个,正前顶板孔 5 个,右帮顶板孔 2 个(开孔距顶板 小于 0. 5 m,孔间距 0. 5 m)(图 4)。 每循环加固注 浆施工合格后,允许巷道向前掘进 20 m。 图 5ꢀ 正常区段滞后注浆钻孔布置示意 浆压力要求大于 5 MPa,注浆插管外露长度应小于 5 cm,孔口无漏水。 2 . 3. 1. 3ꢀ 非正常区段化学注浆钻孔布置 根据 15102 回风顺槽在通尺 660 ~ 720 m 处揭 露的复合构造特点和化学浆加固工艺原理,采用超 前加固 8. 0 m 再向前掘进 5 m,预留 3. 0 m 保护帽 的化学注浆加固方案,治理阶段 3 顶板渗水及溃水 隐患。 巷道顶板、两帮共布置 3 组注浆孔,每个孔深 图 4ꢀ 正常区段超前钻孔平面布置示意 一组钻孔施工后,应及时封孔注浆,注浆前应将 注浆管与封孔器连接牢固,方可开始注浆。 注浆压 力设计不低于 5 MPa,复合注浆材料浆液的扩散半 径为 5 m。 当压力超过 10 MPa 且浆液不再进入后, 停止注浆。 6 m,注浆管长 3 ~ 5 m,每个注浆循环工作面迎头布 置 4 ~ 6 根注浆管,封孔段长 1. 5 ~ 2. 0 m(孔径 42 mm)。 顶板孔在迎头上部顶板开孔,孔间距 1. 0 m; 巷帮钻孔在巷帮煤壁边线开孔,孔间距 2. 0 m。 钻 孔布置如图 6 所示。 2 . 3. 1. 2ꢀ 正常区段滞后注浆钻孔布置 1 5102 运输顺槽在通尺 375 ~ 430 m 处,巷道围 3 岩稳定,验证孔水量小于 3 m / h,采用正常段滞后 注浆加固方式,治理阶段 1 顶板淋水过大问题。 每 循环设计注浆钻孔 10 排,每排 2 ~ 3 个钻孔,排距 5 图 6ꢀ 非正常区段超前化学浆加固迎头断面钻孔布置示意 根据构造带煤体的承受能力和最小抵抗面及围 岩条件,非正常区段超前注化学浆,化学浆液扩散半 径按 2. 0 m 考虑,5 m 为 1 个循环。 m,孔间距 1 ~ 2 m,50 m 1 个循环。 # 1)第 1 排 3 个钻孔。 1 孔的开孔位于巷道顶 ( 板右侧与煤柱交线处,距边线小于 0. 1 m,钻孔适当 向煤柱侧倾斜,倾角约 75°。 孔深在泥岩顶板段 8. 3 2 . 3. 2ꢀ 注浆配比及施工流程 # m,K2 灰岩顶板段 6. 3 m。 2 孔的开孔位于巷道中 分段注浆加固方案中水灰比取 1 ∶ 0. 7 ( 质量 线位置,垂直顶板,倾角 90°,孔深在泥岩顶板段 8. 0 比)。 15102 运输顺槽注浆加固防水方案确定后,依 次将所需仪器和材料运输至治理地点,进行施工现 场布置、施工仪器安装调试以及工作准备;在确保施 工现场的风源和水源正常使用的情况下,进行高压 管、风动泵及枪等仪器的连接;准备工作完成后,根 据方案设计进行钻孔,钻孔施工完毕后依次进行钻 孔封孔、注浆注水等操作,施工完毕后对暂时不使用 的仪器进行清洗,同时关闭风源,清理现场并留人值 班。 # m,K2 灰岩顶板段 6. 0 m。 3 孔的开孔位于巷道中 线与左帮边线的中间位置,距中线约 1 m,垂直顶 # 板,倾角 90°,孔深同第 1 排 2 孔。 # 2)第 2 排 2 个钻孔。 1 孔的开孔位于巷道中 ( 线与右帮煤柱边线的中间位置,距煤柱约 1 m,垂直 # # 于顶板,倾角 90°,孔深同第 1 排 2 孔。 2 孔的开孔 位于巷道中线与左帮边线的中间位置,距中线约 1 # m,垂直于顶板,倾角 90°,孔深同第 1 排 2 孔。 ( 3)第 3 排同第 1 排、第 4 排同第 2 排,依次类 3 ꢀ 结ꢀ 语 推,在未有效封堵的出水点处根据淋水大小适当增 针对山西某煤矿在掘进 15102 运输顺槽顶板出 # 补 1 ~ 2 个注浆钻孔(孔深、孔径同 2 孔),确保有效 现的大量淋水,制定了分段注浆加固的技术方案。 在注浆前分别对正常注浆段和非正常注浆段的巷道 断面进行实测,注浆后每隔 10 d 进行 1 次观察并记 录 。通过注浆前后比较,巷道顶板注(下转第189页) 封堵,以消除淋水现象。 钻孔布置如图 5 所示。 为提前疏放部分 K2 灰岩裂隙水,对出水流量 3 大于 2 m / h 的钻孔不进行注浆封堵,采取外接管引 流入巷道排水系统的方法,保证巷道稳定生产。注 1 88
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