帷幕注浆堵水技术在竹山塘煤矿的应用
（湖南黑金时代长沙矿业公司，湖南 宁乡 410600）
摘要：煤炭坝矿区是全国闻名的大水矿区，各采区之间水力联系相当复杂，采区资源开采完后，地下水对相邻采区影响很大，竹山塘煤矿由东翼采区进入西翼采区时，采用注浆堵水技术在矿井东翼和西翼中间建立起一堵帷幕墙，通过打地质探孔和注浆孔，向孔内压注水泥（水泥——水玻璃）浆液，浆液挤开溶洞、裂隙内的水和稀泥，将溶洞与裂隙充填密实，凝固后与岩体形成严密的堵水墙，阻断地下水在深部联系，抬高地下水位，从而达到减小矿井涌水量，降低排水扬程的目的。通过东翼关闭后对西翼涌水量的检测，证实该项目取得了良好的效果，具有很好的推广价值。
关键词：煤矿；帷幕注浆堵水；涌水量
1、
概况
1.1矿井基本情况
竹山塘煤矿隶属湖南黑金时代长沙矿业有限公司，所辖煤炭坝矿区是全国闻名的大水矿区，水文地址条件极其复杂，岩溶发育呈垂直分带，可分为溶洞发育带、溶洞裂隙发育带、溶孔发育带、岩溶不发育带四个带，矿区疏干面积现已达365km2，最大涌水量达13200m3／h。竹山塘煤矿东翼位于整个煤炭坝矿区最东端，为矿区地下水主要补给排泄区，有洋泉湖地下水径流带、大成桥地下水径流带、贺石桥地下水径流带共同补给，水量充沛，最大涌水量达8800 m3／h。井田位于煤炭坝复式向斜南端北翼，构造以断层为主，分别受竹山塘——贺家湾复式向斜（东西走向，以-170m东七石门及34运输巷为界向西倾伏最深达-500m，向东倾伏最深达-250m）、竹山塘正断层（320°﹤65—75°，H=30—260m）、板塘冲三号正断层（230°﹤55°，H=10—30m）、F29正断层（150°﹤75°，H=20—30m）影响，岩溶裂隙较发育。
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1.2采区涌水量情况
东翼-170m水平开拓时，最大涌水量达3200 m3／h，-235m水平开拓后，最大涌水量达6600 m3／h，平均涌水量约5400 m3／h ；30采区由于地下水的联系，涌水量降至100 m3／h以下；西翼采区由于相邻矿井五亩冲煤矿和西峰仑煤矿均已开拓至-230m以下，属于疏干区，仅有不足50 m3／h的循环水。
1.3帷幕墙选址
煤炭坝矿井钻孔溶洞率统计表：
标高 ＋100~±0 ±0~-100 1.61% -100~-200 -200~-300 -300~-400 1.53% 0.14% 0.1% 溶洞率 2.10% 根据煤炭坝矿区钻孔岩溶溶洞率统计表分析可知，越往深部岩溶发育程度越低，其分界点在-200m~-300m之间，根据相邻矿井巷道涌水量分析得知，岩溶发育分界点在-230m附近。
该区煤层底板为茅口灰岩，中厚——厚层状，上部为灰——深色，含灰质页岩，裂隙溶洞发育，总厚度平均约为300米，与地下伏底层整合接触。根据资料分析，竹山塘煤矿-170m东七石门——34运输巷——-170m流水巷为复式向斜隆起部分，是整个矿区东西两翼的过水瓶颈，东翼开拓后，西翼涌水量明显减小，西翼往下开拓亦未发现明显的水力联系，且经大巷揭露并未发现大型导水断层，只有小的溶洞裂隙渗水，说明东翼具有相对独立的水文地质单元，这为竹山塘煤矿东翼帷幕注浆堵水方案的可行性提供了理论依据，也确定了帷幕墙的选址为-170m东七石门——34运输巷。
2、
注浆堵水实施方案
在-170东七石门至34运输巷之间利用钻机向下钻孔，再往钻孔内注水泥（水泥——水玻璃）浆液，使之凝固后形成一个帷幕墙，阻挡东翼-170m水平以下的涌水进入西翼。钻孔及注浆顺序按照由南向
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2.1施工方案
北进行，包括钻孔→扫孔→浆液配比→注浆→封孔→检验等工序。
2.2注浆孔的布置
按浆液扩散半径为7.5米计算，取帷幕墙厚度为4米，长400米，按“先勘查、后注浆”的原理，设计勘查兼注浆孔10（Kt-1——Kt-10）个，孔深60，注浆孔36（Zj-1——Zj-36）个，孔深40米，采用排水观测检验，故不设计检验孔，实际施工时，由于钻进过程中钻孔遇溶洞、裂隙、破碎带，深度达不到设计要求，在设计钻孔附近补浅孔12个（补1——补12），深孔4个（补13——补16），钻孔布置见图1和图2。 图1：钻孔布置平面图
图2：钻孔布置剖面图
2.3钻探设备的选型及钻孔施工方法
钻探设备选用QZK-100型潜孔钻和ZTJ-350型潜孔钻，钻孔时，由技术人员现场标定地点与倾角，钻孔完工后由专人进行验收记录。
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2.4注浆设备的选型及注浆量配比
注浆设备采用2TGZ——60/210X型注浆泵 吸浆量：60升/分（水泥5.760t/h） 36升/分（水泥3.456t/h） 19升/分（水泥1.824t/h） 16升/分（水泥1.536t/h） 1立方水泥浆=1.6吨水泥+0.8吨水 当吸浆量为60升/分，水灰比为1：1 当吸浆量为36升/分，水灰比为1：1.5 当吸浆量为19升/分，水灰比为1：2 当吸浆量为16升/分，水灰比为1：2 水灰比根据吸浆量的大小一般取1: 2 2.6注浆材料及配比要求
注浆材料采用425普通硅酸盐水泥及水玻璃，水玻璃模数为2.4-3.4。浆液浓度一般先稀后浓，结束时又略稀。
双浆注浆时，水泥浆中水与灰的重量比为0.5：1。水泥浆与水玻璃的比例为1：0.05～1：0.1。
2.5注浆方式及止浆方法
注浆采用孔口混合式注浆，即通过两根高压胶管将浆液与水玻璃分别注入进浆管，利用注浆机压力使水泥浆液或者水泥-水玻璃浆液通过岩层裂隙扩散，将岩层的过水通道堵塞，从而达到堵水的目的。
止浆采用埋设注浆管，管口设止浆塞进行止浆。 2.7注浆参数的选择 2.7.1注浆压力
是推动浆液克服各种流动阻力，使浆液扩散，充填密实的动力，是注浆的重要参数。在基岩裂隙中，宜采用2～2.5倍静水压力，在软岩和破碎带中，初期宜采用1.5～1.6倍，中期采用2.0～2.5倍，后期为3.0～3.5倍的静水压力。本工程注浆压力初期采用0.2～1.0MPa，后期采用2.5~3.0 MPa。
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2.7.2注浆流量
注浆过程中，由于浆液的充填作用，裂隙逐渐被充塞，流量则随注浆压力的升高而减小。为增加浆液的注入量和提高注浆效果，流量越小越好，但太小容易被地下水稀释，影响结石体的强度和结石率，所以，在基岩裂隙中流量以30～50L/min为宜，稳定时间大于或等于15min较合适。
2.7.3注入量
施工中浆液注入量可按下式计算： Q=AπR2HNB/M
式中：A为浆液消耗系数，一般取1.3～1.5；
R为以中腰线交点为中心的浆液有效扩散半径，7.5m； H为注浆段高，40~60m；
N为平均裂隙率，一般取0.01～0.05； B为浆液充填系数，一般取0.9～0.95； M为浆液结石率，取0.85。
计算可知，浅孔注入量为9.4~49.5L，深孔注入量为14.1~74.2L。 研究表明：注入量还和注浆压力有密切关系，不同条件下，要有合理的注浆压力来保证浆液注入量。
2.7.4浆液浓度
相同条件下，浆液越浓，粘度越大，扩散距离越小，浆液的结石率也随浓度而增加。浆液浓度的选择与调整直接关系到注浆的进度和工程质量，软岩和破碎带因吸水率很小，应以稀浆为主，起始浓度水灰比一般为1.5～2.0，因浆液稀，要想保证一定注入量，不能按延续时间做为调整浓度的依据，而应当改为以注入量多少来调整水灰比。
3、
帷幕注浆堵水效果分析与评价
帷幕注浆堵水工程自2012年11月开工，至2013年4月完工，历时5个月，钻孔进尺2606米，注入水泥2502吨，水玻璃219.5吨。2013年4月，竹山塘煤矿对东翼所有排水泵房进行撤退，撤退后，
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派专人24小时观察东翼水位变化，撤退后一个月，帷幕墙以西的30采区涌水量变化不大，最大仅500 m3／h，至8月中旬，东翼水位上升至-170m水平， 30采区涌水量略有增大，约800 m3／h，11月底，30采区涌水量增大至1200m3／h，东翼-170m水平流水出来，涌水量约为2500 m3／h，涌水量趋于稳定，较关闭之前（平均涌水量5400 m3／h）减少1700 m3／h，降低扬程65米，配合正压排水及峰谷排水方式，年产生经济效益两千多万元。
通过本次竹山塘煤矿帷幕注浆堵水技术现场应用取得的良好效果，可以看出该项技术不仅经济效益显著，而且有利于防水保井，该项目实施后，可以节约大量电能，减轻矿井用电负荷，减小用电负荷过大带来的停电跳闸等事故，并由于地下水的升高，可以减少地表塌陷，具有很好的社会效益。还为相关类似工程的建设和施工提供了有价值的参考经验，具有很好的现场应用价值。
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