左修波（山東鑫國(guó)煤電有限責(zé)任公司,山東　肥城　271600）

預(yù)注漿技術(shù)在掘進(jìn)巷道穿過GF2斷層中的應(yīng)用

左修波
（山東鑫國(guó)煤電有限責(zé)任公司,山東肥城271600）

摘要：山東鑫國(guó)煤電有限責(zé)任公司GF2斷層最大落差7m，存在著導(dǎo)通下伏本溪組徐家莊灰?guī)r巖溶水的威脅，同時(shí)，斷層帶的破碎巖體也將對(duì)巷道掘進(jìn)和支護(hù)帶來(lái)困難。該礦先后施工3個(gè)徐灰注漿孔通過地面預(yù)注漿的方式對(duì)GF2斷層上下兩盤進(jìn)行加固，共注入水泥漿62.183t,破碎巖體也得到了有效加固，巷道掘進(jìn)順利通過了GF2斷層。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)水?dāng)鄬?注漿鉆孔;地面注漿

巷道穿過斷層時(shí)發(fā)生重大突水和冒頂事故的案例常有發(fā)生。因此，在穿過斷層前必須查清斷層的導(dǎo)水性及巖體完好程度，并實(shí)施相應(yīng)的巖體加固措施，確保施工安全。

1　礦井及GF2斷層概況

山東鑫國(guó)煤電有限責(zé)任公司位于肥城市新城以西25km，處于山東省肥城市湖屯鎮(zhèn)行政區(qū)內(nèi)，在肥城煤田的西南部。地面標(biāo)高為+65.40～+81.42m，井田走向長(zhǎng)6.0km，傾斜寬0.5～1.8km，面積約8.6km2；開采深度+16～-360m。

GF2斷層位于礦井-210水平9200采區(qū)南部,走向189°～200°，傾向279°～290°，斷層最大落差7m，傾角50°～70°。由于施工9201里運(yùn)中和9201里風(fēng)道時(shí)，需先穿過該斷層。如果斷層導(dǎo)水性強(qiáng)，則在巷道過越斷層時(shí)，下伏于煤層以下的本溪組徐家莊灰?guī)r（簡(jiǎn)稱徐灰）可能沿?cái)鄬佑咳牍ぷ髅?，影響礦井安全。此外，斷層帶巖體比較破碎，對(duì)巷道掘進(jìn)、支護(hù)帶來(lái)不利影響，影響掘進(jìn)速度和施工安全。

2　含水層特征

-210水平9200采區(qū)主要含水層有：太原群第四層灰?guī)r（第四層灰?guī)r簡(jiǎn)稱四灰）、九層煤頂板泥灰?guī)r、本溪組徐家莊灰?guī)r（簡(jiǎn)稱徐灰）、奧陶系石灰?guī)r（簡(jiǎn)稱奧灰）。（1）泥灰?guī)r厚0～2.3m，平均1.15m，其裂隙發(fā)育，局部富水性強(qiáng)。（2）徐灰為井田內(nèi)主要含水層之一，厚6.22～9.44m，平均7.48m，上距9煤平均23.2m，下距奧灰平均6.37m，中間夾六灰（即草埠溝灰?guī)r）0～2.2m。徐灰質(zhì)純致密，淺部巖溶裂隙發(fā)育，富水性較強(qiáng)。根據(jù)本采區(qū)鉆孔資料，采區(qū)區(qū)域徐灰水位為-113.0m,徐灰突水系數(shù)為0.06-0.068Mpа/m。（3）奧灰厚800 m左右，在煤田西北東南部山區(qū)大面積出露，淺部巖溶裂隙發(fā)育，富水性強(qiáng)，連通性好，直接接受大氣降水補(bǔ)給，動(dòng)水量達(dá)2.8萬(wàn)m3/h。奧灰井田范圍內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育,上距徐灰6.93～8.72m,平均7.83m，上距9煤41.04～43.46m,平均42.25m。徐灰與奧灰間巖層以砂質(zhì)粘土巖鋁土巖為主,厚2.96m～10.8m,平均6.37m,具良好的隔水性能。因此重點(diǎn)對(duì)GF2斷層徐灰上下兩盤重點(diǎn)加固。

3　設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)

（1）方案確定。本次鉆探采用SGZ-IB150型鉆機(jī)進(jìn)行施工，鉆孔按漿液擴(kuò)散半徑10～30m呈扇形布置,分別在9202里風(fēng)道、里運(yùn)中巷道與GF2斷層交叉處底板設(shè)計(jì)兩個(gè)鉆孔，在9202里風(fēng)道和里運(yùn)中兩巷道正中設(shè)計(jì)一個(gè)鉆孔（詳見圖1），鉆孔開孔孔口間距不小于0.5m,終孔層位:徐灰底板粘土巖，鉆孔設(shè)計(jì)深度65～75m。設(shè)計(jì)鉆場(chǎng)位于9202里運(yùn)中開門口前7m右?guī)驼惺┕ひ汇@場(chǎng)，鉆場(chǎng)規(guī)格：長(zhǎng)6m,寬2.8m,高2m。施工現(xiàn)場(chǎng)具備自然泄水條件，沿途水溝及時(shí)清挖，確保泄水路線暢通。（2）鉆孔布置及附圖。鉆孔平面位置及預(yù)想剖面見附圖，參數(shù)如表1?？卓谧鴺?biāo):X=4010067，Y=20460939，Z=-234m。開孔層位:9煤底板；終孔層位:徐灰底板粘土巖。預(yù)計(jì)水壓：1.21Mpа。鉆孔平面布置示意圖1，圖2。

表1

圖1（上）圖2（下）

4　安全技術(shù)措施

（1）一級(jí)套管Φ108mm為護(hù)孔管下7m，二級(jí)套管Φ89mm盡量接近五灰含水層，要求下過10Ⅱ煤以下垂深10m，以鉆孔控制下入套管的長(zhǎng)度，注1、注2、注3均為10Ⅱ煤以下19m。（2）鉆孔下入套管用水泥、玻璃水雙液漿進(jìn)行封固，水泥標(biāo)號(hào)不低于425#，水泥漿比重1.6—1.8,套管下置越淺要比重越大；玻璃水用量以每100kg水泥加入10kg為宜。（3）套管封固后要作耐壓實(shí)驗(yàn)，壓力值：一級(jí)管4.0Mpа，二級(jí)管6.0Mpа持續(xù)時(shí)間均不小于30分鐘。試壓期間，套管無(wú)松動(dòng)、退出，孔口及周圍煤（巖）壁無(wú)漏水等異?，F(xiàn)象視為合格，否則重封。套管試壓合格后，在二級(jí)管孔口管上安設(shè)相應(yīng)尺寸的高壓閘閥后方可鉆進(jìn)。（4）認(rèn)真做好現(xiàn)場(chǎng)記錄。鉆孔初見五灰含水層的水量、水壓及終孔時(shí)的水量、水壓要準(zhǔn)確測(cè)定。（5）施工人員要根據(jù)巖芯資料準(zhǔn)確判層，作好記錄。

5　鉆探施工情況

（1）注1孔：0～4.2m粉砂巖，4.2～5.5m煤，5.5～6.8m粉砂巖, 6.8～11.2m煤,11.2～40.6m粉砂巖，40.6～66.8m灰?guī)r，66.8～68.1m粘土巖，終孔?？咨?2.4m時(shí)，水量3m3/h，水壓0.94Mpа；終孔水量23m3/h，水壓1.18Mpа。（2）注2孔：0～4.4m粉砂巖，4.4～5.7m煤，5.7～7.5m粉砂巖,7.5～11.7m煤,11.7～43.4m粉砂巖，43.4～67.7m灰?guī)r，67.7～72.1m粘土巖，終孔。孔深44.7m時(shí)，水量7m3/h，水壓0.98Mpа；終孔水量35m3/h，水壓1.21Mpа。（3）注3孔：0～4.6m粉砂巖，4.6～6.1m煤，6.1～7.8m粉砂巖,7.8～13.3m煤,13.3～45.2m粉砂巖，45.2～68.8m灰?guī)r，68.8～73.2m粘土巖，終孔。孔深46.7m時(shí)，水量5m3/h，水壓0.96Mpа；終孔水量27m3/h，水壓1.19Mpа。

6　鉆探資料分析

（1）水文情況分析。1）根據(jù)3個(gè)徐灰孔資料，終孔水量23～35m3/h，水壓1.18～1.21Mpа，說明該區(qū)域五灰富水性較強(qiáng)。2）根據(jù)注2孔施工最大五灰水壓1.21Mpа計(jì)算安全隔水層厚度：

式中：t-----安全隔水層厚度(m)；

L-----巷道底板寬度(m)取4；

r-------底板隔水層的平均重度(MN/m3)取0.025；

Kp-----底板隔水層的平均抗拉強(qiáng)度(Mpа)取0.1；

p-----底板隔水層承受的水頭壓力(Mpа)1.21。

經(jīng)計(jì)算9煤掘進(jìn)時(shí)安全隔水層厚度為8.9m小于實(shí)際最小隔水層厚度23.2m，正常情況下，該巷道掘進(jìn)不受五灰水威脅，但在礦壓及水壓共同作用下，有可能導(dǎo)致斷層出水。為了確保井下施工安全，提高巷道掘進(jìn)速度，防止GF2斷層導(dǎo)水，決定采用地面預(yù)注漿的措施來(lái)加固斷層帶。即通過已施工的3個(gè)鉆孔，在地面對(duì)斷層上下兩盤進(jìn)行注漿加固。

注1～注3孔注漿情況統(tǒng)計(jì)表

7　地面注漿

（1）注漿材料。粘土水泥漿；（2）技術(shù)要求。1）粘土漿比重控制在1.12～1.14，每立方粘土漿中水泥滲入量為0.1～0.4t。粘土水泥漿比重要控制在1.20～1.25之間，但要按先稀后濃的原則，分檔控制，根據(jù)進(jìn)漿情況及時(shí)調(diào)整漿液比重。2）單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：徐灰：當(dāng)泵量102L/min以下時(shí)，注漿孔孔口壓力達(dá)到5.5～6.0Mpа時(shí)即可結(jié)束。3）注漿前先打開鉆孔閥門放水，沖出孔內(nèi)巖粉，暢通裂隙，時(shí)間60分鐘，然后接注漿管路作壓水試驗(yàn)。其目的：檢查注漿管路是否暢通；鉆孔或巖溶裂隙是否堵塞及堵塞程度。4）按設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格漿液配比。5）觀測(cè)與記錄：注漿過程中的泵壓、泵量、孔口壓力、漿液濃度等要進(jìn)行定時(shí)的觀測(cè)、記錄。

8　結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)在地面通過3孔對(duì)GF2斷層上下兩盤注漿加固，消除了底板承壓水的水患威脅，防止了水害事故的發(fā)生，確保了后期巷道掘進(jìn)的施工安全。

作者簡(jiǎn)介：左修波(1983-)，男,山東惠民人,本科，助理工程師。