断层带附近巷道顶板淋水化学注浆治理技术_李明.pdf
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1、2023 年 2 月Feb.,2023doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2023.01.001基金项目:国家自然科学青年基金(41602299)断层带附近巷道顶板淋水化学注浆治理技术李明1,李乃新2,刘丁宿1,张力杰1,王俊磊1(1.山东能源兖矿能源集团股份有限公司,山东 济宁 273500;2.兖矿东华建设有限公司,山东 济宁 273500)摘要 山东某矿埋深约 800 m 的南辅运大巷在靠近断层带的区段顶板淋水严重,淋水段总跨度约 35 m,水量约 5 m3/h。淋水为顶板锚索导通顶板 34 m 之上的富水砂岩含水层所致。在分析顶板淋水水源及通道的基础上,设计采用通
2、道及水源注浆封堵法,选用可注性及可控性优良的溶胶树脂化学浆液,对初期可见的出水点及后期由于水位回升而新生的多个水点均进行了有效地封堵,且后期几无返渗现象。关键词 巷道顶板淋水;断层带;锚索;化学注浆中图分类号TD745.26文献标识码A文章编号1672-9943(2023)01-0001-030引言巷道是矿井的重要组成部分,承担着矿井通风、运输的重要任务。巷道一般要求需具备稳定、安全、相对干燥的运行环境。但由于地下巷道往往在含水层中或近含水层掘砌施工,巷道形成后渗淋水现象比较普遍12,严重影响巷道的运行环境,腐蚀巷道支护结构,弱化巷道围岩强度,对巷道长期安全运行产生威胁35。注浆是地下工程渗淋
3、水治理的主要方法之一,通过向水源、过水通道或出水口注浆,依靠浆液的絮凝、充填、固化胶结作用,进而达到治理渗淋水的目的。渗淋水治理还涉及复杂的动水注浆问题,对注浆的工艺、材料及施工技术要求较高6,需根据不同的工况开展专门的研究与设计,才可能达到理想的治理效果。本文以山东某矿近断层带巷道顶板水害治理为背景,在分析顶板水害机理的基础上,提出水害治理思路,设计注浆治理方案并实施,收到理想的治理效果。1工程概况山东某矿位于巨野煤田,主采太原组 3#煤,开采深度约 800 m。该矿南辅运大巷 N8N10 段顶板淋水严重,淋水段总长约为 35 m,主要表现为沿锚索眼出水,淋水点较多,部分水点出水已成线,其它
4、部位水点较小,总出水量约为 5 m3/h。根据南辅运大巷实测地质资料,N8N10 顶板淋水段为上山段,坡度约为 11,靠近 Fd5 断层,位于断层的上盘,具体位置如图 1 所示。Fd5 断层为正断层,北西西走向,倾角约为70,断距 21 m。淋水段顶板揭露 2#煤,煤层顶板为 34 m 的泥质岩,上覆粉细砂岩互层,岩石块状构造,薄中厚层状结构,泥质胶结,层理发育。通过掘进过程及后期观测,Fd5 断层带厚度小于 1 m,结构密实,断层带位置无淋水现象。图 1南辅运大巷淋水段位置2顶板淋水注浆治理思路(1)明水点治理一般先确定水源及通道。根据现场观测,N8N10 淋水段水点主要分布于锚索眼,锚杆眼
5、几乎无出水现象。锚索眼深为 6 m,锚杆眼深为 2.5 m,说明出水层位位于顶板 2.5 m以上岩层。根据该区段的地质资料,2#煤直接顶为一层 34 m厚的泥质岩层,为隔水层,其上为厚层状的粉细砂岩互层。锚索眼是施工穿过泥质岩层进入粉细砂岩互层后出水,说明本次出水的水源来源于粉细砂岩互层,通道为锚索眼与锚索之间的间隙。(2)确定水源及通道后,则进一步确定治理思2 煤3 煤N10Fd5N8淋水段 35 m6.8 m10 m15 m18.6 m22 m27 m砂岩NWW70H:21 m27 m33 m-757.4-747.9专论与综述能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand
6、 Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.112023 年 2 月Feb.,2023李明,等断层带附近巷道顶板淋水化学注浆治理技术路。明水点治理首先考虑通道封堵法,即采用在出水通道上灌注速凝浆液,通过封堵过水通道进而封堵水点。本工程巷道淋水通道为锚索眼与锚索的间隙,后期施工想直接通过钻孔在一定深度找到锚索眼较为困难,所以还必须考虑源头封堵法。源头封堵法即通过施工钻孔,向出水源头注入浆液,减弱水源层的富水渗透性,进而达到治理淋水的目的。源头封堵法往往施工的钻孔较深,注浆量大。考虑到通道及源头封堵法的优劣势,本次注浆采用两者相结合的方式进行。(3)注浆质量的优劣与
7、注浆材料的性质密切相关。常规工程选择普通水泥基浆液,该浆液为颗粒悬浮性液体,大量的工程实践表明,如本工程类似的孔隙-微裂隙的介质可注性极差,且需要的注浆压力大,威胁顶板安全,封水效果不理想。溶液型化学浆液以其优良的可注性、可控性在类似岩层水害治理中被大量使用。该类浆液为溶液型,可注性好,相比水泥浆液注浆压力小,封水效果较好。本次注浆拟选择溶胶树脂化学浆液。3注浆治理方案设计本次治理设计总段长为 35 m,为南辅运大巷Fd5 断层带附近的所有顶板淋水段。3.1注浆孔布置注浆孔布置以出水点为中心位置,每个出水点预设注浆孔 3 个,其中 1 个浅孔、2 个深孔,具体布置方式如图 2 所示。首先在距离
8、出水点 0.30.5 m位置向出水的锚索眼 2.0 m左右深度施工 1 个浅注浆孔,该注浆孔预想将在 2.0 m深度沟通锚索眼;然后在距离出水点 0.51.0 m的对称两侧施工 2 个深注浆孔,注浆孔直接穿透泥质岩层,进入粉细砂岩互层。图 2顶板锚索眼出水注浆孔布置3.2注浆孔结构注浆孔结构为:孔口套管+裸孔。浅孔设计深度 2.0 m,深孔设计深度 5.0 m,孔口套管设计长度900 mm。钻孔先采用 42 mm的钎头钻进至设计孔深,然后安装 42 mm 的孔口套管 900 mm,再连接注浆泵进行压水冲孔、注浆。孔口套管采用 42 mm、壁厚 4 mm的无缝钢管加工制作,端部 2040 mm车
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