张家贵

(山西汾西矿业(集团)有限责任公司双柳煤矿，山西 柳林 033300)

引 言

随着矿井采深的不断增加，煤炭赋存条件以及开采难度显着提升，地质构造对煤炭回采影响更为突出[1-2]。断层是煤炭回采时最为常见构造类型，在断层裂隙带内裂隙发育，具有良好的导水性，当断层与附近含水层导通时会给采掘作业面过断层安全带来严重威胁[3-5]。注浆封堵导水裂隙是确保采掘作业面作业安全的主要措施之一，为此，众多的科研学者对注浆方式以及注浆材料选择展开研究，并取得较为显着的应用成果[6-7]。文中以山西某矿3506巷掘进过DF102导水断层为工程实例，依据断层赋存条件对注浆加固方案进行设计，现场取得较为显着的应用成果。

1 工程概况

3506巷是矿井回采南翼采区的主要运输大巷，受到DF102断层具有导水性影响，巷道掘进期间存在一定的安全风险。3506巷设计断面为直墙半圆拱型，设计掘进长度为1 089 m，顶底板岩性以砂质泥岩、砂岩为主。DF102断层落差在105 m、水平错距在26 m～35 m，断层破碎带与5#煤层下覆156 m位置承压含水层联通。布置探测钻孔实测断层破碎带内岩性以块石、砂石、残积土等成分构成，裂隙较为发育，破碎带内水压介于1.8 MPa～2.5 MPa。为了确保巷道掘进安全，提出采用注浆方式对巷道掘进范围内破碎带岩体进行导水裂隙封堵以及岩层加固。

2 注浆方案设计

2.1 注浆钻孔参数

根据以往注浆经验，本次采用双液高压注浆方式对DF102断层破碎带进行封堵、加固，改善断层破碎带内岩体力学性质并封堵导水裂隙。整个注浆分为巷道内超前注浆以及双液高压注浆等两部分构成。在巷道掘进过程中在巷道内布置注浆孔进行超前加固；后采用钻爆法掘进；在巷道掘进过断层破碎带后再进行壁后注浆，依次循环进行直至巷道掘进过断层影响带。根据3506巷、DF102断层条件并根据以往注浆加固经验，确定的注浆加固参数如表1所示。

表1 注浆加固参数

2.2 双液高压注浆

在已完成巷道掘进段掘进迎头施工完成注浆止浆墙后，采用壁厚8 mm、管径110 mm、单节长度1 000 mm的无缝钢管作为套管维护注浆钻孔稳定。布置的注浆孔为水平钻孔，孔深控制在10 m左右。

注浆钻孔采用坑道钻机施工，钻孔孔径为110 mm，钻进完成后采用无缝钢管护壁。在注浆孔孔口位置布置外径130 mm的孔口管。钻孔布置间距为250 mm，采用跳跃成孔方式布置，周围布置一排，分序进行注浆。钻孔钻进完毕后立刻进行双液高压注浆，采用的注浆管管径为20 mm、长度为1 000 mm，按照间距250 mm布置进行相间排布注浆。具体注浆钻孔布置，如图1所示。

图1 注浆钻孔布置图

注浆加固浆液采用粉煤灰、普通硅酸盐水泥以及水玻璃按照一定的配比混合而成。根据本次注浆加固需要，水灰质量比按照0.75∶1～0.5∶1确定，水玻璃添加量与水泥用量配备为0.5∶1～0.18∶1。在注浆过程中注浆浆液按照由稀到浓循环递进，粉煤灰添加量为水泥用量的10%～15%。

在注浆加固过程中注浆浆液按照以下配比进行，首先开始注浆时注浆浆液水灰质量比为3∶1，中期注浆时注浆浆液水灰质量比为1∶1，注浆结束时注浆浆液水灰质量比调整为0.6∶1。具体注浆浆液水灰比调整以注浆压力或者注浆量变化为依据，如在注浆过程中注浆量已超过500 L或者持续注浆时间已超过45 min，注浆压力仍保持不变时可适当增加注浆浆液浓度；当注浆速度超过30 L/min亦可根据现场实际情况增加注浆浆液浓度。

注浆采用型号2TG2-60/210注浆泵，注浆开始前先用高压水冲洗注浆管路，后再进行注浆。注浆过程中注浆管路依据注浆压力、注浆量变化情况将注浆管由里往外缓慢移动。

2.3 巷内注浆加固

采用双液高压注浆方式在巷道周边形成刚性帷幕后，巷道采用钻爆法进行施工，每次掘进进尺控制在1 500 mm以内，掘进进尺到位后在掘进迎头布置注浆钻孔进行加固。钻孔采用坑道钻机施工，沿着巷道轮廓线按照250 mm间距均匀布置39个注浆孔，孔径均为110 mm、孔深均为10 m，采用无缝钢管护壁。在掘进迎头注浆孔间距控制在400 mm～600 mm、孔径为42 mm。具体钻孔布置见图2所示。

图2 巷内注浆加固钻孔布置示意图

3 断层破碎带注浆加固防水效果分析

采用双液高压注浆可对断层破碎带进行加固、止水，从而显着提高巷道围岩强度以及堵水效果。在加固完成后取样测试发现加固后的破碎煤岩体抗压强度可到30 MPa，通过采用双液高压注浆达到了改善断层破碎带岩体强度以及封堵导水裂隙目的。在掘进迎头布置注浆加固孔，可对掘进面前方破碎带岩体进行加固，为巷道掘进创造良好条件。

注浆加固后巷道耗时85 d通过断层破碎带，在掘进过导水破碎带期间巷道顶板淋水控制在1.05 m3/d以内，不会给巷道掘进安全带来不利影响。在掘进完成后，及时进行壁后注浆加固，进一步提升破碎带岩体强度以及导水裂隙封堵效果。

4 结语

1) 涌水是制约矿井采掘安全的不利因素之一，针对3506巷掘进过DF102断层破碎带期间涌水问题，提出采用双液高压注浆方式在巷道掘进范围内影响形成高强止水帷幕，从而为巷道掘进安全创造良好条件；在巷道掘进迎头使用注浆钻孔对掘进面前方破碎岩体进行加固，降低破碎岩体给巷道掘进影响。

2) 现场应用后，巷道耗时85 d掘进通过断层破碎带，同时掘进期间巷道涌水控制在1.05 m3/d以内，取得较为明显的加固防治水效果。经过成本核算巷道防治水成本为4 600元/m，表明采用的注浆加固防治水措施总体成本较低，可在一定程度上降低矿井生产成本。