开拓巷道顶板淋水封堵技术实践.pdf

2020 年第 8 期2020 年 8 月 针对寺河煤矿二号井二水平回风暗斜井大巷构造 破碎区巷道围岩变形、喷浆层开裂、顶板淋水的问题， 通过分析巷道顶板淋水来源和围岩结构特征，提出了 该巷道淋水堵水设计思路和注浆堵水总体技术方案， 并通过现场实践的方法对巷道围岩顶板和巷帮封堵注 浆施工顺序、注浆钻孔管路固定、封孔工艺以及注浆 压力等技术工艺进行了分析。实践应用效果理想，达 到了快速注浆堵水的目的。 1工程概况 寺河煤矿二号井位于寺河井田东区的东部，矿井 工业场地位于晋城市泽州县川底乡和村西北部，东距 晋城市约 30 km，西距寺河矿井工业广场 40 km。寺河 煤矿二号井隶属晋煤集团，在 1994 年开工建设时设计 生产能力仅为 1.5伊105t/a，到 2008 年生产能力已实现 9.0伊105t/a，目前已完成 1.8伊106t/a 产能释放项目的行 政许可手续，生产能力为 1.8伊106t/a。当前，寺河煤矿 二号井主要开采 9煤层和 15煤层，煤层厚度在 0.11耀 1.30 m 之间，结构简单，开采条件良好，煤种为低硫、 低-中灰、高发热量、高机械强度无烟煤，为优质化工 原料和动力用煤。寺河煤矿二号井属高瓦斯矿井，根 据煤科总院重庆分院测定，9煤层瓦斯含量平均为 9.03 m3/t， 2014 年 测 定 矿 井 瓦 斯 绝 对 涌 出 量 为 386 m3/min。寺河煤矿二号井水文地质条件中等，历史 上发生突水量大于 600 m3/h 的突水事件共 18 次，其 中，最大一次突水量为 3 226 m3/h，造成工作面被淹， 经济损失巨大[1]。 寺河煤矿二号井二水平回风暗斜井设计断面为 3.6 m伊 2.8 m （净宽伊净高），采用半圆拱支护形式 （U 钢锚 杆锚索网喷），底板未支护。二水平回风暗斜井大 巷在穿过落差 146 m 的马坊泉断层后，由于所穿层位 岩性主要为泥岩，强度较低，属于软岩系列，遇水泥 化；受断层牵引作用影响，顶板破碎，裂隙、节理发育 且与上部砂岩、冲积层含水层连通，顶板 40 m 范围内 有 3 处大的淋水点及零星淋水点，水量约 90 m3/h。为 实现矿井的安全生产、减少矿井涌水量，避免冲积层水 对掘进构成威胁，同时保护冲积层含水层水资源和地面 环境不受破坏，必须对其进行封堵[2]。 2堵水设计思路 a 在需要加固巷道的40 m 内，采用错排布置浅部 注浆孔和深部注浆孔设计，浅部和深部注浆孔孔深分 别为 2.5 m、6.0 m；注浆孔排距 1.0 m，孔距 1.2 m， 每排布置 5 个孔；孔径为 椎42 mm，安装 2 m 长的 4 分注浆管，其中，30 m 巷道共布置 40 排，共 200 个 注浆孔。当地质条件发生变化时，应及时调整注浆量和 注浆压力，以确保注浆堵水效果[3]。b 采用锚索钻机及 配套设备进行注浆孔施工。c 将波雷因高分子化学浆、 水泥-水玻璃双液浆作为注浆材料。d 浅部注浆孔 （ 2.5 m ） 注高分子化学浆，深部注浆孔 （ 6.0 m ） 注水 泥-水玻璃双液浆。 收稿日期2020-02-20 作者简介魏强，1990年生，男，山西晋城人，2013年毕业于太 原理工大学采矿工程专业，助理工程师。 开拓巷道顶板淋水封堵技术实践 魏强 （ 晋煤集团寺河煤矿二号井，山西 晋城 048000 ） 摘要 寺河煤矿二号井二水平回风暗斜井在穿过落差 146 m 的马坊泉断层后，受断层牵引作用影响，其顶板破碎， 裂隙、节理发育且与上部砂岩、冲积层含水层连通，造成巷道局部顶板淋水，总淋水量约 90 m3/h。通过采用波雷因化学 材料封堵巷道围岩浅部裂隙、水泥浆封堵巷道围岩深部裂隙的注浆封堵技术，实现了对该处所有淋水点的成功封堵，达 到了快速注浆堵水的目的。 关键词 巷道；顶板淋水；裂隙；含水层；封堵技术 中图分类号 TD743文献标识码 A文章编号 2095-0802-202008-0162-02 Practice of Water Spraying Plugging Technology in Mining Roadway Roof WEI Qiang No.2 Mine of Sihe Coal Mine, Jincheng Anthracite Mining Group, Jincheng 048000, Shanxi, China Abstract After passing through the Mafangquan fault with a drop of 146 m, the second horizontal return air dark inclined shaft of No.2 Mine of Sihe Coal Mine was affected by the traction of the fault. Its roof was broken, fissures and joints were developed and connected with the upper sandstone and alluvium aquifer, resulting in local roof water spraying of the roadway, with a total water spraying volume of about 90 m3/h. By using the technology of grouting the bolemine chemical material to plug the shallow fracture of the surrounding rock and the deep fracture of the surrounding rock with cement slurry, the successful plugging of all the water pouring points in the area was realized, and the purpose of rapid grouting to block the water was achieved. Key words roadway; roof water spraying; fracture; aquifer; plugging technology （总第 179 期） 实践运用 162 2020 年第 8 期2020 年 8 月 （下转 165 页） 3注浆堵水总体技术方案 3.1注浆孔施工设备和注浆材料 采用锚索钻机及配套设备进行注浆孔施工。注浆 材料采用波雷因高分子化学浆、水泥-水玻璃双液浆。 波雷因高分子化学浆能够对巷道围岩起到有效的固结 堵水作用，因此该材料主要用来封堵巷道围岩浅部裂 隙；水泥-水玻璃双液浆为颗粒型浆液，凝固时间不易 调节，遇水易分散，浆液在凝固过程中离析析水，凝 固体强度上升慢且脆性大，因此该材料主要在高分子 化学浆对巷道围岩浅部裂隙进行封堵后，用来封堵巷 道围岩深部导水裂隙，以彻底消除巷道顶板淋水[4]。 3.2注浆设备 注 浆 设 备 主 要 包 括 ZBQ-5/12 型 气 动 注 浆 泵 、 ZBQ-15/5 气动双液注浆泵，配套 椎19 mm 高压风管， 出浆管规格为 椎10 mm。 3.3注浆动力系统 通过高压管路向注浆加固地点供风，接头为 椎19 mm 高压管。从水管上接出 椎10 mm 供水管，并接好阀门。 供风量不低于 3 m3/min，供风压力不低于 0.5 MPa。 3.4注浆管选择和施工 3.4.1注浆管选择 注浆孔施工时可以选择如图 l a所示的注浆管，若 施工的部分注浆孔因水量大而对施工造成不便，此时 可以选择如图 l b所示的注浆管。 图 1注浆管示意图 3.4.2注浆管施工 在用锚索钻机施工好注浆孔后，将注浆管预计靠 近孔口位置 （高压插头或三通上部） 的 4 分管用棉丝 （ 蘸化学浆或锚固剂） 裹缠，并用牙钳拧进注浆孔内， 如果孔口仍有空隙，可用道钉等背紧，确保注浆管在 注浆时不会因注浆压力而脱落。 3.5顶帮注浆孔布置 3.5.1注浆孔的深度和注浆材料 本次注浆管均使用 4 分管，长度均为 2 m；注浆孔 分为浅部注浆孔 （ 深 2.5 m ） 和深部注浆孔 （ 深 6.0 m ） 两 种，浅孔注高分子化学浆，深孔注水泥-水玻璃双液浆。 3.5.2注浆孔布置 在需要加固巷道的30 m 内，错排布置浅部注浆孔 和深部注浆孔，浅部注浆孔孔深 2.5 m，深部注浆孔孔 深6.0 m；注浆孔排距 1.0 m，孔距 1.2 m，每排布置 5 个孔；孔径为 椎42 mm，安装 2 m 长的 4 分注浆管， 其中，40 m 巷道共布置 40 排，如图 2 所示。 图 2注浆孔布置剖面图 3.5.3施工顺序 首先施工浅部注浆孔 （ 2.5 m ） ，将 2 m 注浆管拧进 出水点内，用高分子化学浆封堵出水点，应尽可能封堵 巷道顶浅部围岩裂隙；然后施工深部注浆孔 （ 6.0 m ） ，拧 进 2 m 注浆管，注水泥-水玻璃双液浆，封堵深部围岩 内的导水裂隙。 3.6注浆施工 3.6.1水泥注浆主要工序 a 制输浆。采用机械制浆，水灰比为 0.8颐1，水玻 璃用量为水泥用量的 5耀15。注浆泵排浆端采用 椎16 mm 高压胶管输送。b 压注。采用双液注浆，一 般情况下，注浆压力升至 6 MPa 并维持 5 min 即可结 束注浆。个别情况下可适当提高终压，但最高不得超 过 8 MPa。 3.6.2施工工艺流程 注浆施工工艺流程为标孔→钻孔→检查钻孔质 量→安装注浆管及封孔部件→封孔→准备浆液→开泵 注浆→凝固→检查注浆质量→验收。 4注浆堵水施工效果分析 寺河煤矿二号井二水平回风暗斜井顶板淋水施工 从 2016 年 1 月 24 日开始，至 2016 年 3 月 20 日结束， 实际共施工浅部注浆孔 101 个，深部注浆孔 148 个，合 计 249 个注浆孔；浅部注浆孔注浆压力均达到 4 MPa， 深部注浆孔注浆压力均达到 6 MPa；共注水泥 222.15 t， 水玻璃 5 550 kg，波雷因化学材料 30 748 kg。施工结 束后，巷道淋水点全部消失。由于淋水巷道在初次开 拓掘进时其顶板淋水段断面未达到设计断面要求，于 2016 年 4 月重新对该段扩修，使其达到设计断面要求， 扩修后未再出现顶板淋水现象。 5结语 此次寺河煤矿二号井二水平回风暗斜井顶板淋水 施工，采用波雷因化学材料封堵巷道围岩浅部裂隙、 水泥浆封堵巷道围岩深部裂隙的注浆封堵技术，实现 了对该处所有淋水点的成功封堵，达到了快速注浆堵 水的目的。 a 注浆管玉b 注浆管域 4分管 三通 4分管 椎25 mm高压插头 高压阀门 椎25 mm高压插头 1.2 m 注浆管 孔深6 m， 注浆管长2 m， 孔径椎42 mm 魏强 开拓巷道顶板淋水封堵技术实践 163 2020 年第 8 期2020 年 8 月 （上接 163 页） 参考文献 ［1］ 宋荣普.爱民温都煤矿软岩巷道支护技术研究及应用 ［D］ .阜 新 辽宁工程技术大学， 2012. ［2］ 孙禄.锚注加固技术应用 ［J］ .科技信息， 201025 343. ［3］ 孙俊东.注浆加固技术在软岩支护中的应用 ［J］ .中国煤炭工 业， 20103 46-47. ［4］ 倪国峰.68302 综采工作面注浆加固施工方法 ［J］ .科技情报开 发与经济， 2009， 1935 181-183. （ 责任编辑刘晓芳 ） b 注水孔布置。根据煤层的实际情况，共设计 8 个钻孔，4 个清水煤体注水，添加 4 个增强剂煤体注 水，3 d 后对注水钻孔进行考察。注水孔施工参数如表 1 所示，注水效果考察钻孔布置示意图如图 2 所示。 表 1设计注水试验钻孔参数 图 2注水效果考察钻孔布置示意图 c 封孔参数及工艺。封孔采用专用封孔器配合水 泥锚固剂，封孔器长 1 m，封孔长度为 5 m[4]。 3注水降尘效果分析 根据工作面推进情况，实际注入的水量及煤体水 分增加情况如表 2 所示。 表 2实际注水情况一览表 由表 2 得出，2018 年 3 月 7 日15 日，工作面注水 区段为 585耀650 m，共注水 24 个孔。现场观测的数据 表明，首次注水时 8 个孔的流量共 7.613 5 m3（ 24 h ） ， 平均每个孔约注水 0.95 m3。 对注水前后煤尘质量浓度进行了监测，数据表明， 2-226 工作面机组后割煤时煤尘质量浓度从注水前的 900耀945 mg/m3下降到 280耀305 mg/m3，下降了 69；工 作面回风巷割煤时煤尘质量浓度从注水前的 250 mg/m3 下降到 161 mg/m3，下降了 36。由此可以看出，煤层 注水有效降低了工作面割煤时的总粉尘及呼吸性粉尘 质量浓度。因此，该降尘技术方案可以有效地将 2-226 工作面回采期间的粉尘质量浓度降低至 煤矿安全规 程 规定的范围之内。 在试验验证该技术方案能有效解决工作面回采期 间粉尘质量浓度偏大问题的同时，在试验期间发现应 用该技术方案后，回风巷的粉尘质量浓度和工作面机 组后粉尘质量浓度的下降率偏小，如图 3 所示。对现场 施工条件及注水参数进行分析后得出，出现上述现象 的主要原因在于，煤层注水孔分布在下部，而且注水 时间短，放顶煤部分水分基本未增加，因此机组割煤 时粉尘质量浓度下降明显，而放顶煤时粉尘浓度下降不 明显，从而使得工作面回风巷粉尘质量浓度下降不明显， 只要延长注水时间，在条件允许的情况下，单孔注水时 间建议在 60 d 以上，就可明显降低工作面回风巷的粉 尘质量浓度以及胶带机巷转载点处的粉尘质量浓度[5]。 图 3注水后粉尘质量浓度变化曲线图 4结语 现场对李雅庄煤矿 2-226 工作面进行煤层注水试 验，可以得出以下结论a 2-226 工作面静压注水取得 了较好的效果，全压粉尘质量浓度平均降低 70.5，工 作面回风处粉尘质量浓度降低了 36。分析其原因， 主要是注水过程中现场组织管理不够好，管路连接不 够合理，上一组注水和下一组注水没有很好地衔接起 来，后期需要进行相应的改进。b 2-226 工作面静压 注水取得了较好的效果，达到了预期的目标，最终得 出适合李雅庄煤矿工作面利用瓦斯抽放钻孔的注水方 式为静压注水，该方式能够节省人力和成本，达到较 好的效果。 参考文献 ［1］ 魏尧， 句海洋.芦岭矿煤层静压注水试验及装备应用 ［J］ .华北 科技学院学报， 2016， 131 45-49. ［2］ 王伟峰， 程方明， 王彩萍.浅析综放面高效综合防灭尘技术 ［J］ . 煤矿现代化， 20124 37-40. ［3］ 余明高， 赵志军， 宋立永， 等.煤矿灾害超前注水综合防治技术 研究 ［J］ .防灾减灾工程学报， 2012， 324 502-508. ［4］ 高建.煤层浅孔注水在高瓦斯综采工作面的试验研究 ［D］ .淮 南 安徽理工大学， 2007. ［5］ 任建国， 芦浩.三软、 高温、 高瓦斯特厚煤层浅孔动压注水技术 实践 ［J］ .煤， 2012， 217 38-39. （ 责任编辑刘晓芳 ） 钻孔类型钻孔间距/m孔深/m钻孔直径/mm钻孔数/个 注水孔20165738 考察孔227332 1.5 m 2 m2 m16 m 取样孔A 煤体顶板 取样孔B取样孔C 注水孔 煤体底板 取样孔D 45毅 注水孔 日期 注水钻孔 数量/个 注水时 间/h 累计注水 量/m3 可能涉及 的煤量/t 煤层新增 水分/ 2018年3月7日8247.613 559 4780.01 2018年3月9日67217.118 038 7290.04 2018年3月10日59619.000 031 8130.06 2018年3月11日412019.000 024 8970.08 2018年3月15日12167.600 06 9160.11 1 000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 350 300 250 200 150 100 50 0 回风巷 机组后 3月6日3月7日 3月8日3月9日3月10日3月11日3月12日3月13日3月14日3月15日3月16日 测定日期 （2018年） 张泽磊 2-226 工作面煤尘抑制剂注水降尘技术的应用及效果分析 165