引流鉆孔在巷道極破碎頂板內(nèi)注漿堵水中的應(yīng)用研究4600字巷道頂板

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引流鉆孔在巷道極破碎頂板內(nèi)注漿堵水中的應(yīng)用研究4600字

引流鉆孔在巷道極破碎頂板內(nèi)注漿堵水中的應(yīng)用研究4600字1.總回上山水文地質(zhì)概況根據(jù)總回上山巷道地質(zhì)素描資料，總回風(fēng)上山堵水段自上而下地層依次為砂巖、泥巖、細(xì)砂巖、泥巖、粉砂巖、泥巖、細(xì)砂巖（M6）等，地層總體傾向東。

總回上山巷道掘進(jìn)過程中揭露一條落差約2.0m、傾角49°的斷層導(dǎo)致頂板出水，涌水量約在25m3/h左右，涌水點(diǎn)位于巷道左上方，巷道頂板為粉砂巖，厚2.5～3.0m，粉砂巖以上是M5砂巖含水層，厚7～10m，西高東低，傾角16o，裂隙發(fā)育，水壓約為3.1MPa（圖1）。巷道揭露斷層后，M5砂巖水沿?cái)鄬恿严读魅胂锏溃敯宄鏊?，涌水點(diǎn)周邊頂板展現(xiàn)冒落，后采用鋼棚對(duì)出水段巷道舉行加強(qiáng)支護(hù)。

郭屯煤礦總回上山斷層涌水段巷道圍巖破碎分外嚴(yán)重，通過鉆孔施工表明了該區(qū)域頂板淺部極其破碎、巷道頂板以上存有1.2m左右的空洞（分析為巷道支護(hù)層與巖層的離層空間），頂板以上2.0～3.5m段區(qū)域內(nèi)為冒落帶，極其破碎，且富水性強(qiáng)，富水空間大，水壓高達(dá)3.1MPa。主要理由分析為巷道掘進(jìn)施工過程中頂板已冒落，后雖采用架棚噴漿的方式舉行支護(hù)，但是冒落的空間未被充填，后被涌水長(zhǎng)期浸泡，頂板破碎下沉，空間逐步向上進(jìn)展形成所致。

2.引流鉆孔的作用及其施工中遇到的困難2.1引流鉆孔的作用根據(jù)總回上山斷層涌水點(diǎn)“頂板涌水區(qū)域淺層加固，深部引流泄壓注漿”的注漿堵水方案，沿巷道在涌水點(diǎn)的上下8m范圍內(nèi)施工孔深2～3.5m的鉆孔，對(duì)巷道頂板淺部破碎帶及空間舉行注漿充填、加固，以鞏固頂板的穩(wěn)定性和抗壓強(qiáng)度，裁減巷道頂板涌水量，把頂板散狀涌水點(diǎn)轉(zhuǎn)化為較集中的涌水點(diǎn)，給注漿封堵創(chuàng)造條件。為減小頂板承壓水對(duì)淺層加固區(qū)的壓力，提高注漿效果，設(shè)計(jì)在頂板淺層加固范圍以上位置施工深部引流泄壓鉆孔，鉆孔施工深度為6.5～11.50m。

2.2引流鉆孔的施工及其遇到的困難由于涌水點(diǎn)巷道頂板以上2.0～3.5m段內(nèi)極其破碎，且富水空間很大，水壓接近3.1MPa，施工的常規(guī)錨索鉆孔要穿過此破碎富水區(qū)，當(dāng)施工完鉆孔后，孔內(nèi)涌水會(huì)攜帶噴出大量碎石、巖屑，時(shí)間一長(zhǎng)鉆孔會(huì)被全部堵死，即使鉆孔內(nèi)實(shí)時(shí)下入普遍中空螺旋注漿錨桿，也會(huì)造成錨桿被堵導(dǎo)致鉆孔報(bào)廢，失去引流泄壓的作用。因此，怎樣在巷道頂板極破碎圍巖中施工引流泄壓孔成為一個(gè)亟待解決的難題。

3.巷道頂板富水破碎帶內(nèi)引流鉆孔施工工藝研究（圖2）由于引流鉆孔深度為6.5～11.5m左右，且考慮到生產(chǎn)本金、工藝繁雜性以及斜巷施工的局限性，不建議使用常規(guī)較大孔徑內(nèi)下入止水套管的工藝。但還要使施工的引流鉆孔不被噴出的渣石堵塞，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)和不斷提升，研究出仍在施工錨索鉆孔的工藝根基上，適當(dāng)增大裸孔孔徑，并下入提升加長(zhǎng)的中空螺旋錨桿，使之穿過巷道頂板的富水破碎區(qū)域，并起到止水套管的作用，告成達(dá)成鉆孔既能引流又不被堵孔的目的。

（1）增大裸孔孔徑。首先，施工的錨索鉆孔要引流泄壓，基于鉆孔較深且鉆孔穿過極破碎富水區(qū)，適當(dāng)增大鉆孔孔徑能裁減碎石、巖屑堵孔的影響；

其次，由于引流鉆孔最終要注漿封堵，較粗的孔徑可以選擇下入較粗的中空螺旋注漿錨桿，有利于注漿的實(shí)施。一般常規(guī)施工的錨索鉆孔的鉆頭直徑為Φ28mm，有兩片切削刃?，F(xiàn)在為了增大裸孔孔徑，提升鉆頭使其直徑增大（圖3），在原普遍鉆頭的根基上，在兩片切削刃的中間再焊接上兩片對(duì)稱的切削刃。提升完成后，實(shí)現(xiàn)了鉆頭直徑的增大，由原來的Φ28mm增加到Φ36mm。

（2）下入加長(zhǎng)的提升后的中空注漿錨桿。引流鉆孔內(nèi)需要下入的錨桿長(zhǎng)度理應(yīng)保證穿過巷道頂板的破碎富水區(qū)，才能有效地防止碎渣進(jìn)入到鉆孔內(nèi)產(chǎn)生堵孔現(xiàn)象。因此要求中空螺旋注漿錨桿的長(zhǎng)度也要為4～8m（根據(jù)鉆孔深度舉行調(diào)整），由于受到井下巷道空間的影響，普遍的中空注對(duì)頂板極其破碎耐壓強(qiáng)度較低的涌水巷道舉行堵水時(shí)，一般采用淺層注漿加固，深部引流泄壓注漿的施工工藝。引流泄壓鉆孔施工中需要解決鉆孔內(nèi)涌水時(shí)噴渣堵孔的難題，否那么引流孔堵孔后會(huì)使巷道頂板承壓富水區(qū)水壓升高，而升高的水壓在巷道薄弱頂板上引起頂板變形，甚至冒落而展現(xiàn)工程安好事故。在此提出了增加裸孔段孔徑，加大中空注漿錨桿直徑和長(zhǎng)度，把中空注漿錨桿下入到破碎帶以上，以達(dá)成中空注漿錨桿在引流孔內(nèi)止水隔離的作用；

指出了引流鉆孔可以改善注漿漿液分散范圍，裁減注漿中承壓水對(duì)注漿壓力的反作用影響，從而確保注漿效果。

摘要：

巷道涌水；

引流鉆孔；

富水破碎區(qū)；

中空注漿錨桿；

注漿堵水0.引言山東魯能菏澤煤電開發(fā)有限公司郭屯煤礦位于鄆城縣境內(nèi)，2022年10月16日開工創(chuàng)辦，2022年3月生產(chǎn)運(yùn)行。該礦井屬于水文地質(zhì)條件極繁雜礦井，也是受到高沖擊地壓要挾對(duì)比嚴(yán)重的礦井。主采煤層為煤3。在開采煤3時(shí)，工作面分別受到煤層頂板高溫高壓砂巖含水層(M4、M5)水的要挾。在礦壓的作用下，巷道頂板極薄弱巖層（泥巖和粉砂巖）產(chǎn)生新的裂隙，頂板承壓水分別通過裂隙和斷層進(jìn)入到巷道，形成頂板淋水和斷層部位的集中涌水。而且泥巖和粉砂巖在水的長(zhǎng)期浸泡作用下，泥化變軟失穩(wěn)，造成巷道冒頂。該礦井回風(fēng)石門和膠帶石門都分別受到其頂板砂巖水的影響，展現(xiàn)了圍巖變形、頂板斷層處集中涌水和片面塊段散狀淋水現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了設(shè)備的正常運(yùn)行和機(jī)電設(shè)備的維護(hù)，增大了礦井排水壓力，增加了生產(chǎn)本金。為確保礦井正常安好生產(chǎn)，裁減礦井涌水量，需對(duì)礦井兩條巷道內(nèi)的各涌水段（點(diǎn)）舉行注漿封堵。

其中總回上山頂板涌水點(diǎn)為斷層導(dǎo)通性出水，水源分析為M5砂巖及以下的砂巖含水層，總涌水量為25m3/h左右，具有集中涌水和分散涌水的特點(diǎn)。由于巷道頂板涌水處曾經(jīng)展現(xiàn)冒頂現(xiàn)象，而且頂板圍巖具有極其破碎特點(diǎn)，因此在頂板注漿鉆孔施工中，存在著坍塌掉塊，鉆孔涌水后孔內(nèi)展現(xiàn)噴渣和渣石堵孔現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了正常的施工。因此需要在破碎帶內(nèi)富水區(qū)的高水位處施工引流泄壓鉆孔，給巷道頂板淺部破碎帶注漿供給安好保障，使靜水條件變?yōu)閯?dòng)水條件[1]，以防止注漿壓力和水壓的共同作用破壞巷道頂板的穩(wěn)定性。引流泄壓孔在巷道頂板富水破碎帶內(nèi)的施工難度主要表現(xiàn)在鉆孔內(nèi)噴渣后的堵孔，嚴(yán)重時(shí)甚至造成鉆孔的報(bào)廢，失去了引流泄壓的作用。鉆孔堵孔后，巷道涌水量裁減，頂板富水區(qū)水壓升高，繼而增加巷道薄弱頂板的壓力，嚴(yán)重要挾著巷道的安好。因此巷道頂板引流泄壓鉆孔的施工成為總回上山是否安好堵水的關(guān)鍵。

漿螺旋錨桿一般加工成2.5m，該長(zhǎng)度及其直徑無法得志引流孔的需要。因此要對(duì)注漿錨桿加以提升，使之能在長(zhǎng)度上和直徑上都能得志鉆孔引流的需要（圖4），提升后的錨桿由前后兩片面組成，中間通過管箍連接。前端為6分鋼管，為使水泥順?biāo)鞚B入巖縫，端部60cm管壁周邊平勻分布了大量溢漿孔。后一片面的桿體后端80cm長(zhǎng)呈螺旋絲杠布局，尾部焊接在無縫鋼管上，加工有管螺紋。注漿錨桿通過螺母旋進(jìn)，由托盤壓精細(xì)封套舉行止?jié){止水。高性能的密封套使注漿能保持較強(qiáng)的注漿壓力，能充分填充空隙，固結(jié)破碎巖體，高強(qiáng)度的托盤、螺母可以將深層圍巖應(yīng)力平勻地傳遞到周壁圍巖上，達(dá)成圍巖與錨桿互為支護(hù)的目的[2]。引流時(shí)，承壓水從前端管口和溢流孔進(jìn)入到錨桿內(nèi)，從注漿口涌出；

注漿時(shí)，漿液從注漿口壓入，從溢流孔和管口涌出滲透進(jìn)入到破碎帶及巖石裂隙中。

由于管箍的連接，提升后的中空注漿錨桿可以根據(jù)需要舉行多段連接，以得志對(duì)長(zhǎng)度的需要。

（3）施工工藝。錨索鉆機(jī)使用改制Φ36mm鉆頭無芯鉆進(jìn)，穿過破碎區(qū)并達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，來回掃孔直到孔內(nèi)不再有碎石、巖屑噴出，孔內(nèi)水清澈且穩(wěn)定時(shí)，實(shí)時(shí)下入加長(zhǎng)提升錨桿。下入錨桿后，按照?qǐng)D4布局，分別在錨桿上依次套上橡膠密封套、托盤、螺母，并旋進(jìn)螺母，把密封套緊緊的壓進(jìn)鉆孔和錨桿的環(huán)狀間隙，直到止水合格。

4.引流孔提升工藝的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施及效果4.1施工設(shè)備及材料淺層注漿加固鉆孔施工使用7655型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)、引流鉆孔施工使用錨索鉆機(jī)、便攜式風(fēng)動(dòng)注漿泵、提升后的鉆頭及提升后的中空注漿錨桿、425普遍硅酸鹽水泥。

4.2施工工藝及步驟1）按照鉆孔技術(shù)參數(shù)標(biāo)定鉆孔的方位、傾角，使用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)點(diǎn)眼打鉆至2.5m，此時(shí)鉆孔接近破碎區(qū)，孔內(nèi)已見水并混合有稍許巖石碎屑。2）改用錨索鉆機(jī)施工，用提升的Φ36mm鉆頭沿剛施工的風(fēng)鉆孔持續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度，期間鉆孔穿越富水破碎區(qū)，隨著鉆進(jìn)深度的增加，孔內(nèi)水量增大，水質(zhì)混濁，間歇性的噴渣。退出鉆桿后，大量的碎石、巖屑隨水噴出，隨時(shí)間增長(zhǎng)，水量逐漸減小，鉆孔被渣石堵死。

3）孔內(nèi)下入鉆頭舉行沖孔，直到孔內(nèi)根本不再有碎石、巖屑噴出，孔內(nèi)水清澈且穩(wěn)定時(shí)，實(shí)時(shí)用風(fēng)鉆將提升的中空注漿錨桿旋進(jìn)鉆孔。

4）下入中空注漿錨桿后，實(shí)時(shí)用密封套舉行止水。

5）止水合格后，開啟注漿口處的閥門舉行卸壓引流。利用錨索鉆孔對(duì)承壓富水區(qū)舉行引流泄壓，同時(shí)對(duì)其他的淺層注漿加固鉆孔舉行注漿，加固頂板破碎帶。淺層注漿加固過程中，隨著加固區(qū)域水泥量的注入增加，水泥面會(huì)逐步抬升，最終會(huì)從引流鉆孔內(nèi)涌出，此時(shí)證明注漿加固的高度已經(jīng)到了引流鉆孔的孔底位置。通過注漿范圍多個(gè)引流孔的引流注漿，達(dá)成漿液分別在水平向和垂直向的擴(kuò)散，在注漿過程中，留神泵壓及流量變化，漿量突增或泵壓陡減時(shí)，可采取適當(dāng)調(diào)整漿液濃度或間歇式注漿[3]，最終完成引流孔封堵達(dá)成堵水的目的。

4.3注漿堵水效果通過對(duì)郭屯煤礦總回上山斷層涌水段引流鉆孔的實(shí)施，較好實(shí)現(xiàn)了頂板涌水區(qū)域淺層加固，深部引流注漿的目標(biāo)。共施工13個(gè)引流孔，通過引流注漿，保證了注漿中巷道的安好，告成完成了對(duì)涌水巷道頂板涌水的治理，堵水率達(dá)成99%。

5.結(jié)語（1）當(dāng)巷道涌水段頂板極其破碎，水壓較高時(shí)，要采用淺層注漿加固，深部引流注漿的工藝是安好的，也是切實(shí)可行的。

（2）由于在巷道頂板確定深度內(nèi)存在著富水的破碎帶，給鉆孔施工帶來難度，引流鉆孔往往被隨鉆孔涌水噴出的渣石堵塞，使水壓升高，升高的水壓作用在巷道及其薄弱的頂板上，會(huì)引起頂板變形甚至冒落，造成工程事故。因此要保證引流鉆孔的正常引流泄壓。

（3）提升后的中空注漿錨桿更粗更長(zhǎng)，由于中空注漿錨桿穿透到了富水破碎帶以上，起到了止水隔離作用，因此解決了鉆孔內(nèi)噴渣堵孔的難題，保證了淺層加固中的施工安好。

（4）通過引流鉆孔的引流泄壓，裁減了由于承壓水的反作用產(chǎn)生的注漿阻力，更有利于漿液在橫向和垂向的分散。使注漿效果更好，注漿質(zhì)量更高，安好更有保障。

[1]趙蘇啟,武強(qiáng),郭啟文,陳曉國(guó),張秋成.引流注漿快速治理煤礦水害技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2