明斜井过老巷老空水防治技术研究

于文杰

（同煤集团云冈矿，山西 大同 037003）

同煤集团云冈矿明斜井井筒设计全长1377.2m，井筒开口标高为+116.0m，井底落底标高-232.7m。其中表土段长209.6m，半圆拱形断面，净宽5600mm，净高4100mm，净断面积为19.6m2，采用36 U 型钢混凝土联合支护，间排距500mm，混凝土壁厚450mm，强度等级C25。基岩段长1167.6m，锚网喷支护。明斜井井筒通过铁路、老巷、老空等复杂地段，水文地质情况相当复杂，给施工带来了很大困难。针对这一情况进行明斜井过老巷老空水防治技术的研究。

1 过老巷老空水防治方案整体设计

结合云冈矿目前的施工方法，针对明斜井过老巷老空水采用排、堵结合的防治方案进行治理。

随着工作面延深采用超前探放水，提前将老巷、老空水放出，在明斜井设计巷道左右两侧约6m 宽采空区内进行注浆堵水，形成一道宽约18.5m 的帷幕注浆走廊。每次注浆长度为15m，形成无水区后再掘进。掘进前首先进行预注浆效果检验，检验合格后方可施工，依次循环穿过采空区。

该防治方案的优点：老巷至采空区段积水已排尽，无水压威胁。超前堵水有成熟经验，可行性强，安全施工有保证，但是注浆边界较难控制，在施工中必须进行控制。依排、堵结合方案，在明斜井穿过采空区内、明斜井巷道顶板距采空区巷道底板垂高5m 范围内进行帷幕注浆，将采空区坍塌内裂隙用浆液充填实，形成一道预注浆走廊，达到堵水隔水目的。采空区注浆段总长50m，按每次注浆长度为15m、留5m 超前距计算，共需5 个循环。

2 掘进施工方案的设计

2.1 有掘必探先探后掘

过老巷、老空时采用风镐配合小型挖掘机挖掘施工，永久支护形式为36 U 型钢金属支架+砌碹，金属支架棚距500mm，砌碹厚度450mm。掘进500mm 后及时架设金属支架进行支护，砌碹段距掘进工作面不得超过2m。掘进过程中按要求进行长探，探明明斜井下部地质构造并进行超前探放水施工。一次探长30m，留超前距不低于20m。

2.2 工作面管棚预注浆

探放水施工后，穿越过老巷道时需进行工作面管棚预注浆，固化工作面岩土，防止施工过程中片帮，保证施工安全。一次施工10m，掘进6m，保持不低于4m 的超前距离。

2.3 加强掘进中的临时支护

在掘进过程中除管棚支护外，每掘进500mm即需进行全断面锚网支护。打Φ40mm×1800mm金属管缝式锚杆及直径为4mm、 网格为40mm×40mm、长×宽=2400mm×900mm 的金属网。工作面空顶距不得超过500mm，达到500mm应及时进行金属支架支护，以保证施工中的安全。

3 明斜井过老巷老空水的实践

3.1 探放水施工

在穿越老巷、采空区过程中应在老巷开口位置、采空区中段及下段设置积水观测兼放水孔，其技术要求如下：（1）观测孔应采用Φ108mm 的钢管，长度要求深入到老巷、采空区内；（2）第一个老巷穿越后，在老巷开口处两侧各设置1 组观测孔，每组2 个；（3）在初始揭过采空区以下30m 左右设置1 组，并设孔口管、装置阀门；（4）在采空区结束前适当位置布置观测孔一组，埋设孔口管、装置阀门。

明斜井施工至294m 处，为提前探明前方采空区位置，决定采用物探仪进行探测，探测结果如图1 所示。

图1 物探仪探测前方采空区位置的结果

根据图1 可知，在掘进工作面前方80m 左右为相对低阻区，推断其可能赋水，而施工中实际揭露赋水位置在382m 处，说明探测结果可行性比较强。

按照探水方法，执行探水安全施工措施，共计探水26 次，探孔312 个，探长30 ～48 m。其中65m、80m、440m、467m、495m、510m、530m 处无水，单孔涌水量最小5m3/h，最大40m3/h。

3.2 明斜井下穿铁路桥的施工方案

明斜井井口北边66～74m 处三条铁路线为主运煤线路，明斜井开口下52m 处开始过铁路，86m 处过完，斜长34m。巷道顶板距铁路最小距离13m，其中回填土厚8m，此段为第四系黏土层，局部有地表水渗水淋水情况，水量约5m3/h，黏土遇水膨胀，强度迅速降低，施工难度及风险均较大。因此采用工作面管棚预注浆与铁路悬吊加固的施工方案。

3.2.1 铁路悬吊加固技术

加固范围为顺铁路线方向以明斜井中心为准两侧各8m，三条铁路线沿铁路线方向均采用16m 工字钢组成纵梁，纵梁两端各设1 座枕木垛支点。横向采用钢枕作为横梁，共布置15 根。横纵梁采用高强螺栓及吊丝连接，通过对铁路线悬吊加固，使该段铁路线在行车时将动荷载作用在悬吊梁上，减小对井下掘砌影响。

3.2.2 工作面管棚预注浆技术

（1）止浆墙施工。首先距掘进工作面2m 处按设计尺寸垒砌或锚喷一道止浆墙，止浆墙厚0.5m，混凝土标号为C25。止浆墙深入巷道轮廓线外300mm，需事先开槽。止浆墙施工好后喷射混凝土把井壁与止浆墙周边衔接的沟槽填平。凝固48h 后加固止浆墙。

（2）注浆施工。工作面预注浆钻孔施工分两段进行，每段10m。预注浆在明斜井荒断面周边轮廓线上布置35 个钻孔，中部布置10 个探放水孔作为补强注浆孔，全断面共计布置45 个钻孔。注浆把巷道周边10m 范围内空隙用水泥浆液充填饱满，使注浆区域表土层形成一个坚固的隔水帷幕。终孔注浆压力控制在3MPa，以不造成井壁及止浆墙损坏为准。扩散半径控制在5m 左右。

（3）注浆参数的选择。水泥浆的水灰比为1:1～0.6:1（重量比），水泥浆与水玻璃的体积比为1:0.8，防水剂加量是水泥重量的5%，终孔压力按3MPa 控制，扩散半径按5m 控制。

进行工作面管棚预注浆能加固明斜井顶板的强度，并且注浆后还可以减少因轻车过往震动引起的明斜井顶板支护裂隙渗水和斜井顶板塌方。

3.3 明斜井过老巷及采空区的施工方案

3.3.1 工作面管棚加固注浆

按照管棚预注浆设计校对好钻孔方位及倾角后紧固钻架，开钻后慢速推进200mm 后再重新校对钻孔方位及倾角，无误后方可继续推进。本次工作面预注浆钻孔施工深度为10m，钻孔成孔后安装中76mm×5mm×10m 的管棚管，定量、定压进行注浆。钻孔施工过程中遇到矸石破碎塌孔时及时起钻，下Φ40mm 高强塑料管至孔底，用I 型锚固剂固管。连接注浆管路进行注浆，当注浆压力达到1MPa 时停止注浆，进行扫孔钻进，直至钻到设计孔深。收钻后，在钻孔内安装Φ76mm 管棚管进行注浆，让管棚管中的浆液顺着钻孔向外回浆，使管棚管周围充满浆液并与岩层固化形成坚固的整体。封孔压力控制在3MPa 以内。施工一个孔，安装一个孔，注一个孔，直至注浆结束。每循环注浆10m，掘6m，预留4m 超前距，不断循环。

3.3.2 采空区加固注浆

将加工好的一端带有丝扣、另一端带有导向帽且钻有花孔的Φ25mm×6m 预埋注浆管下到巷道采空区不同方位，外露迎面墙200mm。对采空区出水的地方，用风钻在老空底板下300mm 岩层位置打仰角钻孔，安装Φ42mm×3m 注浆塞或中19mm×3 m 高压胶管将水导出。止浆墙施工48h 后把注浆锚杆及高压胶管封堵，并对预埋注浆管进行注浆充填，然后在迎面墙布置两排“一字型”钻孔，对采空区进行注浆加固。一排钻孔布置在F 组煤内，另一排钻孔布置在丙3 煤底板以下800mm 处，封孔压力达到1～1.5MPa 时停止注浆，换孔注浆，直至注浆孔注完为止。超前加固注浆在明斜井荒断面周边轮廓线上布置16 个管棚钻孔。注浆扩散半径为5m，即把巷道周边5m 范围内的空隙用水泥浆充填饱满，使注浆区域形成一个坚固的整体帷幕。采空区选用双液浆+成品粉煤灰相结合注浆法，终孔注浆压力控制在1～1.5MPa；工作面序列管棚超前加固注浆，选用水泥—水玻璃双液浆注浆法，扩散半径控制在5m 左右，终孔注浆压力控制在3MPa 以内。

巷道掘砌通过F 组煤主副斜井及采空区后，对明 斜 井86～143m、200～260m 和377～464m 段 进 行壁后注浆，让注浆管中浆液顺着钻孔向外扩散，使巷道周围岩层内的空隙充满浆液，从而形成一道隔水帷幕，把老巷、老空积水排在帷幕以外，达到彻底封存积水、防涌水目的。壁后注浆封孔压力控制在4～6MPa。

4 治理效果分析

针对云冈矿明斜井过老巷老空水防治采用排、堵结合的治理方案，积水注浆堵水工作从开始实施到到堵水结束共用时31d，共消耗水泥浆与水玻璃1000t。井筒老巷段揭开后，没有发现存着漏水现象，堵水效果理想，这充分表明本次的水患防治技术方案是合理的。砌壁完成并经壁后注浆加固后9 个多月，老巷段及上下井壁无任何异常，井壁质量稳定，井筒通过积水老巷由被动的强行排水转变成主动的注浆堵水，堵水效果理想，为同类型的明斜井过老巷老空水防治提供了技术参考。