深埋软岩巷道高压涌水综合治理技术
摘要：针对郭屯煤矿深井软岩巷道涌水现场工程条件，提出了以浅部注浆加固，深部引流泄压，逐步提升巷道顶板注浆加固厚度的技术治理体系，并应用于郭屯煤矿总回风上山高压涌水治理工程中，成功完全封堵涌水，既对巷道顶板软弱围岩进行了有效的加固，同时减少了矿井抽排水费用。
关键词：软岩巷道；涌水；注浆
中图分类号： C35 文献标识码： A
1.工程背景[]*
鲁能菏泽煤电开发有限公司郭屯煤矿位于郓城县境内，设计生产能力240万t/a，服务年限52.4年。总回风上山巷道埋深为-758m，掘进中穿过落差为2.0m倾角为49°正断层，顶板冒落严重，后用U型棚支护，高压水通过断层导通，导致巷道约20m区段顶板涌水和两帮淋水，严重影响了矿井安全生产。
2.涌水特点分析及治理方法研究
2.1涌水特点
总回风上山巷道涌水特点：①水压高，水量大。涌水点水压3.5MP，涌水量达30m3/h；②温度高。水温达38oC，环境温度为40 oC，严重影响注浆材料凝结硬化；③围岩稳定性差。由于涌水段巷道顶板自上而下地层依次为砂岩、泥岩等交替存在，围岩软弱变形，承载力低。④支护较弱，治理难度大。巷道前期开挖时冒顶严重，后期支护结构仅采用拱形棚支护，抗压能力差，对注浆压力控制要求高，且巷道支护砌碹结构与围岩间存有大量空洞，钻孔成孔困难，施工治理难度较大。
图1总回上山地质剖面图
2.2综合治理分析
针对郭屯煤矿总回上山复杂的水文地质状况，采用物探与钻探结合，巷道涌水段帷幕截流，浅层注浆加固与深部引流泄压并进的综合治理思路。结合地质分析、综合探测、实时监测及现场综合实验等技术手段对深埋软岩巷道涌水进行综合治理[1-3]。
3 涌水区域综合治理
3.1水文地质及水力补给分析
通过对总回上山涌水区地质资料分析，结合对该区域地质调查分析得出如下结论：
（2）围岩条件：总回上山围岩为粉砂岩细砂岩泥岩等交替存在，支护衬砌结构与围岩间存在空洞，钻孔成孔困难。由于F2断层直接导通M5砂岩含水层，围岩长期被水冲刷侵泡，难以承受较高注浆压力。
3.2涌水区域探测
根据水文地质分析对总回上山断层处涌水点顶板采用探地雷达和钻探结合的探测方法，综合分析主要围岩富水区和软岩破碎的发育范围。
图2 探查钻孔、帷幕截流和浅层注浆钻孔布置剖面示意图
3.3 综合治理工艺实施
3.3.1引流钻孔的作用
（1）增大裸孔孔径。
常规施工的锚索钻孔钻头直径为Φ28mm。现为了增大裸孔孔径，在原钻头两片切削刃的中间再焊接上两片对称的切削刃，钻头直径增加到Φ36mm。
（2）下入加长的改进后的中空注浆锚杆。
引流钻孔内需要下入的锚杆长度应该保证穿过巷道顶板的破碎富水区，才能有效地防止碎渣进入到钻孔。因此要求中空螺旋注浆锚杆的长度也要为6-10m，故对普通中空注浆螺旋锚杆进行了有效改进。将锚杆分为前后两部分组成，中间通过管箍连接，前端为6分钢管。后一部分的杆体后端80cm长呈螺旋丝杠结构，尾部焊接在无缝钢管上，加工有管螺纹。注浆锚杆通过螺母旋进，由托盘压紧密封套进行止浆止水。引流时，承压水从前端管口和溢流孔进入到锚杆内，从注浆口涌出；注浆时，浆液从注浆口压入，从溢流孔和管口涌出渗透进入到破碎带。
3.3.2帷幕注浆截流
由于空洞的存在，钻孔内注入的浆液会沿着巷道支护体外的空洞向下山方向流失，造成浆液的大量浪费。因此在涌水点附近巷道的下上方构筑浆水阻挡体。结合探测分析确定帷幕截流的位置分别为涌水点以下9m处和涌水点以上8.5m处。在浆水阻挡体处位置沿巷道横截面密集施工钻孔，进行充填式注浆，注浆深度为2m，采用速凝注浆材料（C-S双液），成功构筑了浆水阻挡体。
3.3.3浅层注浆加固和深部引流泄压注浆治理
由于巷道围岩埋深大，软弱变形严重，浅层注浆加固主要是提高巷道顶板承载能力和稳定性，防止注浆压力和水压升高对顶板的破坏，同时有利于注浆及引流管的封固。
浅层注浆钻孔加固第一序次为浅层空洞区充填加固钻孔，钻孔深度为2m，注浆封堵锚喷支护以上空洞区；第二序次钻孔施工深度为3.5m，孔距一般控制在0.5m左右，进行密集式系统注浆加固；第三序次根据残留涌水点灵活布置。后序次钻孔均作为前序次钻孔的检查钻孔，检查前序次注浆加固范围和质量。通过不同深度的引流钻孔实施，控制浅层注浆浆液的扩散，逐层引流，使浆液逐层沉淀，向高处抬升，不断抬升巷道注浆加固的结实体，最终完全封堵涌水。 4 治理效果评估
本工程竣工后，鲁能菏泽煤电开发有限公司组织相关技术部门，对总回上山断层涌水段治理效果进行了评估：
（2）总回上山涌水量由原来的30m3/h减少到0.25m3/h，治水率达99.2%，达到了项目要求。
5结论
（1）针对深埋软岩巷道高压涌水治理，应该将巷道安全放在首位，重视对巷道软弱围岩的改造加固，保证注浆治理过程中巷道具有足够的承压能力。同时构筑人造止浆岩帽，为注浆引流钻孔套管的封固提供保证。
（2）对于软岩巷道钻孔的施工，尤其是出现过冒顶塌方存有空洞区的巷道，改进后的钻头可实施孔径合理的钻孔是保证成孔的重要因素，改进后的中空螺旋注浆锚杆使用和埋入深度的阶梯变化，是能够完成对软岩巷道实施人控引流注浆和控制浆液扩散的关键，同时还可实时监测注浆加固层高度，止浆墙的设置可以有效防止浆液跑浆和阻止涌水的转移的双重作用。