河下浅埋深井巷施工防治水与支护技术研究

发表时间:2019/1/11   来源:《科技新时代》2018年11期   作者:王新文
[导读] 根据巷道小岩柱穿过渗水河床的勘探岩芯、裂隙情况、水质化验等综合分析巷道所穿河床段的岩性及水文地质资料,确定井巷治水方案和支护方式及选择合理支护参数;通过合理的施工工艺组织,采用先进的注浆设备、注浆工艺,达到经济合理、安全可靠、技术可行的目的,确保河下近距离浅埋深井巷施工安全、顺利。

(筠连川煤芙蓉新维煤业有限公司,宜宾 筠连 645250)
       
        摘要:根据巷道小岩柱穿过渗水河床的勘探岩芯、裂隙情况、水质化验等综合分析巷道所穿河床段的岩性及水文地质资料,确定井巷治水方案和支护方式及选择合理支护参数;通过合理的施工工艺组织,采用先进的注浆设备、注浆工艺,达到经济合理、安全可靠、技术可行的目的,确保河下近距离浅埋深井巷施工安全、顺利。通过对本课题的研究,总结出了在此类地质条件下安全可靠、技术可行、经济合理的综合治水和支护技术方案,为在近距离水体和松散岩体下井巷施工防治水和超前注浆及支护参数的选择提供理论依据和实践经验。
          关键词:河下浅埋   井巷施工   防治水   支护技术
        
        
        前   言
        新维煤矿维新井田主斜井、副斜井及管道斜井是维新井田的三条主体巷道。三条斜井施工均将穿越镇舟河,其巷顶距河面最短距离分别约为25m 、24m和18m,为河下浅埋深井巷施工。河床水体及裂隙水对三条斜井施工带来严重水患威胁。通过勘探所获取的地质及水文资料,确定有效防治水方案和支护方式及参数,确保巷道近距离顺利安全穿越河床。
        1、巷道透水性分析
        通过勘探分析三条斜井所穿越镇舟河段岩性富水性较强,围岩主要为镶嵌结构,岩体完整性为中等~差,围岩级别为Ⅴ级。在斜井掘进过程中,因施工放炮震动,产生的裂隙与河床下方的风化裂隙导通,会使大量河水涌入斜井,因此井巷施工过程中,存在严重的水患,威胁矿井安全。
        2、穿越镇舟河防治水专项设计
            2.1 井筒主体支护材料的确定        
        在防治水专项设计中,对井筒围岩压力、弹性抗力、外水压力、井筒抗压强度等均进行了计算或估算,提供了围岩主要物理力学参数
        通过结构分析计算、技术经济比较及工程类比等多种方法,同时结合设防段工程地质及水文地质特点等综合拟定井筒洞身结构,确定三条斜井井筒采用以注浆锚杆、工字钢架、钢筋网、喷防水混凝土等组成的初期支护与二次模筑钢筋混凝土相结合的复合衬砌型式,
        在防治水专项设计中,对斜井支护结构作了详细说明,对防水混凝土的配比也作了详细的阐述,包括水泥标号、质量、水灰配比,以及所掺外加剂应符合的质量标准、掺合比例、混凝土的厚度、抗压和抗侵蚀性等耐久性要求。
        2.2 井筒防治水安全措施
        总体要求必须做好井筒水害的分析预报,坚持“预测预报,有疑必探,先探后掘,先治后掘”的防治水原则,并严格按照”强注浆,高压力,弱爆破,短掘进,强支护”方针组织井巷掘进施工,确保井巷施工安全、质量可靠。
        3、井筒穿越镇舟河注浆堵水施工方案
        井巷施工方通过与国内相关科研院校和防治水专家合作,编制了《穿越镇舟河注浆堵水施工和施工组织及管理方案》。在注浆方案中对注浆工艺设计进行了详细的阐述(包括布孔方式与参数、注浆压力、注浆材料选择、单液浆双液浆的配比、钻注设备型号等)。
        3.1 注浆工艺设计
        3.1.1 注浆段长度、混凝土止浆墙厚度确定
        在堵水施工方案中对分段注浆长度进行了设计,根据工作面的围岩状况,暂定为分段注浆长度设定为注浆30m,掘进20m,如果岩层破碎或有涌水不能够作岩帽,就要砌止浆墙,如果只是破碎没有涌水,可以现浇混凝土。如果有涌水,就用注浆方法砌止浆墙,对止浆墙厚度也进行了确定。
        3.1.2 布孔方式与参数
        工作面的注浆孔布孔方式均匀布置在开挖半径内,所有注浆孔的布设要保证浆液有一定的扩散范围。注浆孔数取决于含水层裂隙发育程度、浆液的性质、扩散半径大小、井筒毛断面和注浆泵能力大小等。由于影响因素多,注浆孔数、孔距、注浆压力以及注浆量可根据围岩岩性、裂隙发育、浆液的扩散等情况,特别是上部河床底是否有跑浆的现象来及时调整。
        
        3.2 注浆材料
        注浆选择单液水泥浆和水泥一水玻璃双液浆。在浆液注不进的情况下,可使用部分化学浆液。所使用材料包括:水泥、水玻璃、三乙醇胺(工业级)、工业食盐、粉煤灰。
        单液浆的配制在井下进行,根据钻孔压水试验的结果,配制所需的水泥浆液。单液水泥浆中,也可以加入部分商品粉煤灰来代替部分水泥,其目的是降低成本。
        水泥一水玻璃双液浆是基岩裂隙中十分重要的浆液材料,它的凝胶时间可以从几十秒到几十分钟范围内准确控制,浆液结石体抗压强度高,结石率达到100%。双液浆在每次注浆中凡遇到单液水泥浆跑浆的情况下使用。
        浆液组成包括水泥、水玻璃、缓凝剂和速凝剂。
        3.3 钻注施工
        注浆孔在钻进时,要求安好高压阀门,并配有单孔钻进时可能出现的最大涌水量相配套的排水系统,以备在钻进过程中出现异常涌水时,抽排工面积水。如果钻孔突然出大水,立即拔出钻杆,关闭高压阀门,再准备进行注浆。注浆前在孔口管上接好注浆系统和压力表,注浆前应清洗钻孔,并测量钻孔的吸水率,根据钻孔的吸水率,确定浆液的起始浓度。在一般情况下,先注单液水泥浆,当发现跑浆时,改注水泥一玻璃双液浆,当跑浆处不跑浆时,再注单液水泥浆,单液、双液浆相结合,既保证足够的注入量,也有效地控制浆液的扩散范围。
        
        注浆装置是用φ1吋的水暖管连接而成,详见图二。当注浆孔孔口压力达到设计注浆终压时,本次注浆可以结束。每次注浆施工都要求做好施工记录,填到专用的注浆表格上,整理后上报和存档。
        4、注浆效果检验
        维新三条斜井于2016年均陆续施工到治水段位置,主斜井于2016年4月28日全面完成过河床段注浆堵水及掘进支护工程,对巷道掘进后采用管栅+钢筋网+钢架结构+喷混凝土进行临时支护,在施工注浆孔时,各循环不同钻孔数都出现了大小不等的涌水,最大涌水达80m3/h。
        从注浆效果看,喷射混凝土后,巷道支护完全达到设计的二级防水要求,达到预期治水目的,效果良好,目前三个井筒注浆堵水工程已全部完成,且均已完成过河段浇筑混凝土永久加固工作。
        5、 总   结
        从三条井筒的治水和支护效果看,严格按照设计的注浆堵水施工方案及施工组织设计能达到三条井筒巷道小岩柱穿过渗水河床要求,通过合理的施工组织,采用先进的注浆设备、注浆工艺达到了经济合理、安全可靠、技术可行目的,确保了巷道近距离顺利安全穿越河床,确保了三条主体巷道服务年限和巷道防水要求,这在河下浅埋深井巷施工防治水和支护技术研究领域积累了成功案例和经验,值得在类似井巷施工条件下进行推广和应用。
       
        参考文献
        [1]《四川省川南煤田筠连矿区维新井田精查地质报告》;
        [2]《地下工程防水技术规范》(GB50108-2008);
        [3]水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(DLT5148-2001);
        [4]《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001);
        [5]《新维煤矿维新矿井穿越镇舟河专项治水工程工程地质勘察报告》;
         作者简介:王新文(1969-) 男 四川内江市人 地质工程师 现任筠连川煤芙蓉新维煤业有限公司地测部长。

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