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【摘 要】 本文以核桃峪煤矿主斜井工程为背景，工作面遇裂隙造成的岩石隙涌水，文章阐述了工作人员如何时对主斜井注浆封水进行精心设计，编制了可行性注浆方案，并进行了现场施工技术，改善了井下作业环境，降低了工程成本，从而加快了主斜井施工进度，保证了施工安全。
【关键词】 斜井工作面；预注浆堵水技术；应用
一、工程概况
核桃峪煤矿主斜井井筒采用-7°缓坡开拓方式，总工程量5875.2m，计划建井工期29个月。井筒施工至430m时，首次岩石裂隙涌水达30m3/h。随着井筒的延伸，井筒涌水量逐渐增大，施工至1158m时，工作面遇一大裂隙，涌水量达到90m3/h以上，井筒累计涌水量达到了140m3/h。由于工作面突增的涌水，导致工作面停止掘进，加大排水力度，严重推迟了工期，影响了效益。为进一步搞好注浆堵水工作，为主井筒优质、快速、高效与安全施工创造有利条件，我们公司邀请了徐州中大注浆公司技术人员做现场技术指导，会同我技术部对主斜井注浆封水进行精心设计，编制了可行性注浆方案，并进行了现场施工技术。
二、注浆方案确定
由于巷道迎头处在裂隙构造破碎带区域岩性较软，且已出现了大量涌水，使得工作面不具备凿孔注浆堵水条件，须先施工止浆墙及滤水层再进行工作面预注浆。
三、止浆墙设计与施工
1、止浆墙位置
在距迎头后退2m处，砌筑混疑土止浆墙。墙体到迎头段回填碎石做为滤水层。
2、止浆墙厚度的确定
本次砌筑的止浆墙采用墙面为平面型结构（见附图-1），浇筑混凝土标号為C30，配合比（重量比）为水泥∶砂子∶石子∶水=360∶614∶1246∶180其厚度由下式得出：B=K0（ωb/2h[σ]）1/2
式中：B—混凝土止浆墙厚度，m；
K0—安全系数，一般取1.4～1.5；
ω—作用在墙上的全荷载，kg，ω=PF；
P—注浆终压，一般为本矿井最大静水压力的2.5～5倍；
F—混凝土止浆墙的面积；
b—巷道宽度，m；
h—巷道高度，m；
[σ]—混凝土的允许抗压强度MPa；一般取7d龄期的强度，为设计标号的2/3。
B=1.45*（7*23.6*5.9/2*4.65*25）1/2=2.969m
根据以上公式得出止浆墙厚度为2.969m，止浆墙厚度确定为3m。
图1 止浆墙结构平、剖面图
3、止浆墙施工
1）先将工作面出水点用3根φ108管导出至工作面后8m位置的临时水泵窝内排出，工作面2m范围内挖一泵窝，排工作面水。在距工作面2m位置先用红砖砌一道370mm厚垂直墙，砖墙内堆砌片石作为滤水层，在1m高位置埋设3根φ159管做为滤水层导水管。在砖墙外砌3m厚C30混凝土做止浆墙，在止浆墙内按设计注浆孔位置预埋28根φ108注浆管。混凝土止浆墙厚度：3m，滤水层墙工程量：2m，止浆墙混凝土强度C30，采用井下制作。
2）在止浆墙砌完三天后，在墙体漏水处及止浆墙与围岩连接处，用凿岩机打孔，孔深2.0m，用大锤打人一边带有马牙扣的直径为φ42mm的无缝钢管做为孔口管，用注浆泵回歇式注人高浓度的水泥水玻璃双液浆，对墙体及围岩进行加固。养护24小时后，关闭导水管，墙体无漏水，证明墙体加固完好，待墙体混凝土浇筑7天后进行注浆工作。
四、工作面预注浆
1、注浆段长的确定
工作面注浆段长应根据地质条件、含水层、埋藏条件、施工设备能力确定，一般段长在30～50m之间，为有效控制注浆效果，本此注浆段长确定在40m。
2、布孔方式
采用直孔布孔方式，注浆段长确定为40m，由于工作面裂隙发育，为保证浆液有效扩散，采取多孔注浆，注浆孔间距0.5m，注浆孔布置圈距工作面轮廓线0.5m，注浆孔布置见图-2，注浆孔计28个。
图2 注浆钻孔布置图
3、注浆参数的确定
1）注浆压力
注浆终压：=4.4～6.2MPa
式中：P0—注浆终压，即受注点的压力；
H—受注点至静止水位的水柱高度；
γ—水的比重，1000kg/m3；
注浆终压确定为6MPa。
2）预计浆液注入量
每孔浆液注入量=113.04m3
注浆段井筒总注入量Q0=NQ=3165.12m3
式中：R—浆液扩散半径，2m；
H1—注浆段长，40m；
η—岩层裂（孔）隙率，4.44～27.5%，取15%；
β—浆液在裂隙内的有效充填系数，可取β=0.85；
m—结石率，ρ=1时，λ值取0.85；
λ—浆液损失系数，一般1.2～1.5，由于裂隙导通良好，取1.5；
N—注浆孔数目，28个。
4、注浆材料的选取
从注浆的材料来看，化学浆液成本较高且操作使用又有一定的附加要求，故选取水泥-水玻璃浆材。水泥-水玻璃浆材不仅具有水泥的全部优点，而且兼有化学浆液的一些特点。具体表现在：
（1）浆液凝胶时间可准确控制在几秒至几十分钟范围内；
（2）结石体抗压强度可达100～200kg/cm2；
（3）结石率能达到100%；
（4）结石体渗透系数为10-3cm/s；
（5）适宜于0.1mm以上裂隙和1.1mm粒径以上砂层注浆；
（6）材料来源丰富、价格低廉； （7）对地下水和环境无污染。
5、浆液配比
根据查阅相关资料及现场试验得出：当其它条件相同时，水灰比越小，胶凝越快。随着水玻璃溶液浓度的减小，浆液的胶凝时间越短。水泥与水玻璃（浓度为38～40Be’）控制在1∶0.6～1∶0.8时，7天后其结石体强度可达到3～4MPa，故水灰比ρ数值范围一般控制在0.7～1：1之间，水灰比与水泥浆液的比重、粘度成反比关系，特制定水泥浆现场配制表：
水泥浆现场配制表
水灰比 水泥（kg） 水（L） 制成浆量（m3）
0.6：1 22 660 1.026
0.75：1 19 712 1.029
1：1 15 750 1.000
1.25：1 13 812 1.029
五、注浆施工
1、设备选型
选用2TGZ-120/105型和2TGZ-60/210双液注浆泵各一台。使用两台注浆泵同时注浆。
2、注浆前准备工作
①备齐注浆材料，水玻璃配成40Be′；
②注浆设备试运转；
③安止浆阀及联接孔口管路；
④压水试验。
3、注浆工艺流程
准备工作—打止浆墙—打注浆孔—测定钻孔水压与水量—压水试验—安装注浆管—安设注浆泵—配制浆液—注浆泵试运转—注浆、记录—结束。
4、注浆结束标准
（1）实际浆液注入量大于或接近设计计算的注入量；
（2）注浆压力呈规律性增加，并达到注浆设计终压；
（3）达到注浆终压时的最小吸浆量为60～120L/min；
（4）持注浆终压和最小吸浆量的时间为10～15min。
5、注浆效果
核桃峪项目部于2009年11月至2010年12月在核桃峪煤矿主斜井掘进过程中进行了工作面预注浆，成功的封堵了裂隙涌水，为井筒掘进创造了有利条件，注浆效果相当明显，表现在：
①注浆后基本上能封堵工作面涌水量90%以上。
②采用低标号水泥，材料消耗低，成本低。
③选用水泥、水玻璃双液浆，注浆周期短，24小时后即可恢复掘进作业。
④在掘进过程中，达到注浆预期要求，浆液结石体与围岩稳固性好，掘进时，无岩体脱层及渗水现象。注浆效果尤为明显。
⑤注浆段长达到40m。
六、結束语
通过工作面超前预注浆堵水技术在华煤集团核桃峪项目部成功的应用，改善了井下作业环境，降低了工程成本，从而加快了主斜井施工进度，保证了施工安全。
【关键词】 斜井工作面；预注浆堵水技术；应用
一、工程概况
核桃峪煤矿主斜井井筒采用-7°缓坡开拓方式，总工程量5875.2m，计划建井工期29个月。井筒施工至430m时，首次岩石裂隙涌水达30m3/h。随着井筒的延伸，井筒涌水量逐渐增大，施工至1158m时，工作面遇一大裂隙，涌水量达到90m3/h以上，井筒累计涌水量达到了140m3/h。由于工作面突增的涌水，导致工作面停止掘进，加大排水力度，严重推迟了工期，影响了效益。为进一步搞好注浆堵水工作，为主井筒优质、快速、高效与安全施工创造有利条件，我们公司邀请了徐州中大注浆公司技术人员做现场技术指导，会同我技术部对主斜井注浆封水进行精心设计，编制了可行性注浆方案，并进行了现场施工技术。
二、注浆方案确定
由于巷道迎头处在裂隙构造破碎带区域岩性较软，且已出现了大量涌水，使得工作面不具备凿孔注浆堵水条件，须先施工止浆墙及滤水层再进行工作面预注浆。
三、止浆墙设计与施工
1、止浆墙位置
在距迎头后退2m处，砌筑混疑土止浆墙。墙体到迎头段回填碎石做为滤水层。
2、止浆墙厚度的确定
本次砌筑的止浆墙采用墙面为平面型结构（见附图-1），浇筑混凝土标号為C30，配合比（重量比）为水泥∶砂子∶石子∶水=360∶614∶1246∶180其厚度由下式得出：B=K0（ωb/2h[σ]）1/2
式中：B—混凝土止浆墙厚度，m；
K0—安全系数，一般取1.4～1.5；
ω—作用在墙上的全荷载，kg，ω=PF；
P—注浆终压，一般为本矿井最大静水压力的2.5～5倍；
F—混凝土止浆墙的面积；
b—巷道宽度，m；
h—巷道高度，m；
[σ]—混凝土的允许抗压强度MPa；一般取7d龄期的强度，为设计标号的2/3。
B=1.45*（7*23.6*5.9/2*4.65*25）1/2=2.969m
根据以上公式得出止浆墙厚度为2.969m，止浆墙厚度确定为3m。
图1 止浆墙结构平、剖面图
3、止浆墙施工
1）先将工作面出水点用3根φ108管导出至工作面后8m位置的临时水泵窝内排出，工作面2m范围内挖一泵窝，排工作面水。在距工作面2m位置先用红砖砌一道370mm厚垂直墙，砖墙内堆砌片石作为滤水层，在1m高位置埋设3根φ159管做为滤水层导水管。在砖墙外砌3m厚C30混凝土做止浆墙，在止浆墙内按设计注浆孔位置预埋28根φ108注浆管。混凝土止浆墙厚度：3m，滤水层墙工程量：2m，止浆墙混凝土强度C30，采用井下制作。
2）在止浆墙砌完三天后，在墙体漏水处及止浆墙与围岩连接处，用凿岩机打孔，孔深2.0m，用大锤打人一边带有马牙扣的直径为φ42mm的无缝钢管做为孔口管，用注浆泵回歇式注人高浓度的水泥水玻璃双液浆，对墙体及围岩进行加固。养护24小时后，关闭导水管，墙体无漏水，证明墙体加固完好，待墙体混凝土浇筑7天后进行注浆工作。
四、工作面预注浆
1、注浆段长的确定
工作面注浆段长应根据地质条件、含水层、埋藏条件、施工设备能力确定，一般段长在30～50m之间，为有效控制注浆效果，本此注浆段长确定在40m。
2、布孔方式
采用直孔布孔方式，注浆段长确定为40m，由于工作面裂隙发育，为保证浆液有效扩散，采取多孔注浆，注浆孔间距0.5m，注浆孔布置圈距工作面轮廓线0.5m，注浆孔布置见图-2，注浆孔计28个。
图2 注浆钻孔布置图
3、注浆参数的确定
1）注浆压力
注浆终压：=4.4～6.2MPa
式中：P0—注浆终压，即受注点的压力；
H—受注点至静止水位的水柱高度；
γ—水的比重，1000kg/m3；
注浆终压确定为6MPa。
2）预计浆液注入量
每孔浆液注入量=113.04m3
注浆段井筒总注入量Q0=NQ=3165.12m3
式中：R—浆液扩散半径，2m；
H1—注浆段长，40m；
η—岩层裂（孔）隙率，4.44～27.5%，取15%；
β—浆液在裂隙内的有效充填系数，可取β=0.85；
m—结石率，ρ=1时，λ值取0.85；
λ—浆液损失系数，一般1.2～1.5，由于裂隙导通良好，取1.5；
N—注浆孔数目，28个。
4、注浆材料的选取
从注浆的材料来看，化学浆液成本较高且操作使用又有一定的附加要求，故选取水泥-水玻璃浆材。水泥-水玻璃浆材不仅具有水泥的全部优点，而且兼有化学浆液的一些特点。具体表现在：
（1）浆液凝胶时间可准确控制在几秒至几十分钟范围内；
（2）结石体抗压强度可达100～200kg/cm2；
（3）结石率能达到100%；
（4）结石体渗透系数为10-3cm/s；
（5）适宜于0.1mm以上裂隙和1.1mm粒径以上砂层注浆；
（6）材料来源丰富、价格低廉； （7）对地下水和环境无污染。
5、浆液配比
根据查阅相关资料及现场试验得出：当其它条件相同时，水灰比越小，胶凝越快。随着水玻璃溶液浓度的减小，浆液的胶凝时间越短。水泥与水玻璃（浓度为38～40Be’）控制在1∶0.6～1∶0.8时，7天后其结石体强度可达到3～4MPa，故水灰比ρ数值范围一般控制在0.7～1：1之间，水灰比与水泥浆液的比重、粘度成反比关系，特制定水泥浆现场配制表：
水泥浆现场配制表
水灰比 水泥（kg） 水（L） 制成浆量（m3）
0.6：1 22 660 1.026
0.75：1 19 712 1.029
1：1 15 750 1.000
1.25：1 13 812 1.029
五、注浆施工
1、设备选型
选用2TGZ-120/105型和2TGZ-60/210双液注浆泵各一台。使用两台注浆泵同时注浆。
2、注浆前准备工作
①备齐注浆材料，水玻璃配成40Be′；
②注浆设备试运转；
③安止浆阀及联接孔口管路；
④压水试验。
3、注浆工艺流程
准备工作—打止浆墙—打注浆孔—测定钻孔水压与水量—压水试验—安装注浆管—安设注浆泵—配制浆液—注浆泵试运转—注浆、记录—结束。
4、注浆结束标准
（1）实际浆液注入量大于或接近设计计算的注入量；
（2）注浆压力呈规律性增加，并达到注浆设计终压；
（3）达到注浆终压时的最小吸浆量为60～120L/min；
（4）持注浆终压和最小吸浆量的时间为10～15min。
5、注浆效果
核桃峪项目部于2009年11月至2010年12月在核桃峪煤矿主斜井掘进过程中进行了工作面预注浆，成功的封堵了裂隙涌水，为井筒掘进创造了有利条件，注浆效果相当明显，表现在：
①注浆后基本上能封堵工作面涌水量90%以上。
②采用低标号水泥，材料消耗低，成本低。
③选用水泥、水玻璃双液浆，注浆周期短，24小时后即可恢复掘进作业。
④在掘进过程中，达到注浆预期要求，浆液结石体与围岩稳固性好，掘进时，无岩体脱层及渗水现象。注浆效果尤为明显。
⑤注浆段长达到40m。
六、結束语
通过工作面超前预注浆堵水技术在华煤集团核桃峪项目部成功的应用，改善了井下作业环境，降低了工程成本，从而加快了主斜井施工进度，保证了施工安全。