冲积层预注浆结合管棚法超前支护的应用

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　　摘要：徐矿集团天山公司俄霍布拉克煤矿放水巷在施工中遇到近200m宽冲积层，富含水，围岩为砾石、黄泥、粗砂，围岩随着淋水冲刷掉顶折帮，采用常规施工法无法通过，通过工作面预注浆堵水及超前钢管注浆加固围岩方式施工，安全通过冲积层。
　　关键词：冲积层；预注浆；管棚法；超前支护；放水巷 文献标识码：A
　　中图分类号：TD265 文章编号：1009-2374（2015）33-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.019
　　1 工程概况
　　徐矿集团天山公司俄霍布拉克煤矿在2009年5月12日东一里采区1106工作面回采至古冲沟边缘时出现顶板掉水，瞬间水量达到120m?/h，最大水量超过1300m?/h，致使矿井东翼古冲沟经过的区域煤炭不能回采。为缓解徐矿集团天山公司俄霍布拉克煤矿井下涌水量，通过在井田上游施工放水巷放水，从而消除井下水患。放水巷分东西两头同时施工，东头巷道坡度3‰，西头巷道坡度-3‰，均沿8煤底板掘进，设计支护方式为11#工字钢架棚并喷浆支护。放水巷西头在进入古冲沟时煤层消失揭露第四系冲积层，冲积层厚度212m，因冲积层结构松散造成顶板严重冒顶，无法支护，后造成顶板掉水，最大涌水量超过900m?/h，稳定后工作面涌水量130m?/h，掘进工作被迫暂停。通过在冒顶区下游施工绕道，进行工作面预注浆堵水及超前钢管注浆加固围岩并改用29U型棚支护，顺利通过冲积层。本文将介绍工作面预注浆堵水及超前钢管注浆加固围岩法施工。
　　2 揭露冲积层前后面临巷道掘进支护的变化
　　2.1 原巷道的施工工艺及支护方式
　　原巷道断面主要有两种形式，煤层中巷道为梯形断面，上口净宽2.6m，下口净宽3.52m，净高2.4m，11#矿工钢挂网喷浆支护，棚距800mm，喷厚100mm；岩巷段采用直墙半圆拱断面，净宽3m，净高2.8m，锚梁网喷支护，锚杆φ20L=1800@800，菱形钢筋网配直径φ12圆钢钢带，喷厚100mm。巷道通过断层和软岩破碎带时，采用钢管撞楔超前支护：在巷道拱部掘进轮廓线外50mm、间隔300mm打眼，眼深2.8m，插入φ35mm、L=3m的钢管，钢管尾部用钢带和锚杆托紧。掘进时，在前一排超前钢管还未失效前，必须紧跟第二排超前钢管，如此一排接一排，起到护顶作用。
　　2.2 揭露冲积层后面临的难题
　　巷道围岩为砾石层，超前钢管起不到护顶作用；工作面松散，爆破法施工出现塌孔；围岩破碎，淋水大，流水冲刷砾石层，顶板随掘随冒，扶棚支护出现大片空顶，浆不上喷，给支护带来困难；工作环境恶劣，安全管控难度大。
　　2.3 解决问题的思路
　　（1）解决水的问题，把迎头出水量控制下来，便于工人施工，因此对工作面必须提前进行注浆封堵；（2）进行超前支护改革，提前控制顶板，使松散岩层整体胶结不掉落，封堵裂隙水，减少迎头出水量，采用钢管进行超前支护，加长钢管长度，并在超前支护的钢管上钻眼，便于注浆；（3）更改巷道支护参数，由11#工字钢梯形棚支护改为29U型棚支护，将棚距改为500mm。
　　3 工作面预注浆堵水及永久支护
　　第一，因围岩多为砾石、粗砂，结构松散，裂隙多，静水压力大，为了保证工作面预注浆过程尽量减少跑浆、漏浆，在注浆前对工作面打止浆垫进行封闭。
　　第二，工作面先用混凝土浇筑一层3m后止浆垫，在浇筑止浆垫时埋入12根Φ108mm钢管，沿巷道轮廓线布置9根，巷道中线布置3根，钢管外端焊接法兰盘并安装闸阀。止浆垫凝固后使用ZDY-1300型煤矿用全液压坑道钻机、Φ50mm钻杆和配套Φ90mm钻头沿预埋钢管打钻孔，钻孔长度60m。注浆浆液最初使用水泥浆和水玻璃双液浆，但由于水温低、水流速大，注浆效果比较差，后将注浆浆液改为化学浆马立散，实践中马立散能够迅速封堵裂隙降低管内涌水量。注浆后对钻孔进行复钻，若水量小于5m?/h，则进入下道工序，否则继续复钻注浆，直至将单孔水量降至5m?/h（附工作面预注浆管孔施工图）。
　　第三，工作面注浆结束后，挖掉止浆垫，并对止浆垫位置（3m）进行刷扩（卧钻机用），顶、帮各刷扩500mm，使用12#槽钢自制成拱形棚进行临时支护，棚距500mm，并喷浆支护。管棚施工结束后对临时支护段进行29U型棚套棚，充填严密，喷浆封闭。管棚施工开钻前，必须对工作面喷浆封闭，喷浆厚度不小于100mm。按中腰线画出巷道轮廓线，确定孔眼位置，严格按孔眼布置图角度打眼，不合格的孔眼孔口处使用木楔、棉纱、道钉封堵严实，再重新打眼，技术人员要严把质量关，做好原始记录，记录数据要齐全、准确，作为巷道各工序的施工参考。钻机卧好后进行管棚施工，使用ZDY-1300型煤矿用全液压坑道钻机、Φ50mm钻杆和配套Φ65mm钻头沿巷道轮廓线打超前支护管孔，钻孔顺序由左帮底脚开始，依次由左底向顶（中）、由顶（中）向右底，并且依次编号；长度18m；超前管子采用3根长度6m的Φ50mm无缝钢管，钢管连接处井下现场焊接，总长度18m；每施工一个管孔立即安装管子，无缝钢管的管外口与钻孔间隙用棉纱或海带充填密实，为下一步从管内注浆起到固管作用。安装超前管子时，管子要与管孔平行，慢慢插入，外露长度过长时，需在管口垫厚木板使用铁锤砸入。管孔角度与巷道中线呈2°夹角，间距200mm，外露300mm，合计41根。管棚施工完毕后，使用ZBY3/7.0-11型号注浆机对各管孔进行注浆加固，注浆浆液为化学浆马立散（附超前钢管管孔施工图）。
　　图1 工作面预注浆管孔布置图 图2 超前钢管管孔布置图
　　第四，掘进及永久支护：注浆24小时后，可进行掘进扶棚，巷道采用29U型钢架棚支护，直墙半圆拱形断面，棚距500mm，扶棚时，一循环一棚，采用掘进-扶棚-喷浆支护、棚棚推进的掘进方式，喷浆紧跟迎头，减少围岩暴露时间。人工风镐掘进，不得放炮，防止围岩炮震松动。对U型棚进行整体加固，每扶一棚均要用拉杆固定，拉杆使用Φ18螺纹钢加工，加固方式为梁中一道，两侧棚腿自下向上1.1m、2.2m处各一道，每棚共5道，全断面铺设菱形网，水泥背板，杜绝空顶、空帮、空肩窝现象。
　　第五，防U型棚挤压变形措施：每棚两棚腿底脚使用11#工字钢进行支撑加固，防止棚腿收缩变形，工字钢两端焊接长度200mm的12#槽钢卡口。
　　第六，注浆浆液效果对比：第一阶段工作面预注浆采用水泥浆和水玻璃双液浆，水泥采用PO42.5普通硅酸盐水泥，水灰比由1∶1～O.8∶1逐级调配。水玻璃浓度为35～40Be水泥浆与水玻璃体积比为1∶O.5。由于水温低流量大，注浆效果很差，造成迎头反复打钻注浆，第一阶段从工作面预注浆到超前钢管注浆施工完毕，合计耗时112天。工作面预注浆长度60m，超前钢管36m，每次工作面预注浆后进行2个循环超前钢管注浆，超前钢管注浆结束后进行掘砌，掘砌长度30m。在打钻注浆过程中，遇到了从未遇到过的复杂地质情况，砾石不但坚硬，而且粒径较大，钻进过程中经常出现塌孔、埋孔，钻头钻具损坏频繁，遇到大块砾石钻杆会偏离方向，并且由于水的流速快，双液浆凝固慢，造成注浆效果不理想，只能反复的复钻、注浆。
　　由于第一段施工时间太长，第二阶段改用化学浆马立散，采用大功率钻机，并将工作面超前钢管注浆长度调整至18m。上述更改出发点有：（1）双液浆凝固慢，流失多，而采用化学浆则见水就凝固，能有效封堵裂隙；（2）大功率钻机钻进速度快；（3）缩短打钻注浆长度能有效避免断钻杆并将钻孔控制在有效断面内。采用化学浆施工法后，第二段循环施工时间仅60天，大大提高了效率，并且掘进过程中巷道周圈淋水得到很好的控制，围岩较稳定。
　　4 结语
　　通过采用以上一系列工艺改革、创新，经过实践，充分证明工作面预注浆并结合管棚法施工通过特厚冲积层是可行的，特别是在古冲沟最后60m施工时，巷道顶板淋水及底角涌水增大，通过采取底板下钢梁加固U型棚，增大注浆压力，反复复钻等措施来保证注浆质量，最后安全地实现了巷道贯通。
　　作者简介：邹雷（1981-），男，江苏宿迁人，供职于江苏省矿业工程集团有限公司建井工程处，研究方向：矿井基本建设。
　　（责任编辑：周 琼）
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