趙寶峰，朱明誠(chéng)，李德彬

(1.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077；2.陜西省煤礦水害防治技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710177)

我國(guó)西部煤炭資源豐富，煤炭資源量占全國(guó)煤炭資源總量的70% 以上，包括批準(zhǔn)建設(shè)的新疆、寧東、神東、陜北和黃隴5 個(gè)億噸級(jí)大型煤炭生產(chǎn)基地，其中侏羅紀(jì)煤田開發(fā)更是在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到了基礎(chǔ)能源供給的重要作用[1]。侏羅紀(jì)煤層上覆地層通常賦存有基巖孔隙裂隙含水層和第四系松散含水層，在大規(guī)模機(jī)械化掘進(jìn)和采煤條件下，易誘發(fā)頂板水害事故和突水潰沙(砂)事故。突水潰沙(砂)是指弱膠結(jié)地層或近松散層采掘時(shí)，水沙(砂)混合流體潰入井下采掘工作面的一種礦井地質(zhì)災(zāi)害[2-3]。突水潰沙(砂)具有無(wú)預(yù)兆、來(lái)勢(shì)猛、水砂量大、破壞力大等特點(diǎn)，嚴(yán)重威脅著我國(guó)大型煤炭基地建設(shè)和千萬(wàn)噸礦井的安全生產(chǎn)。

以往針對(duì)薄基巖突水潰沙開展的相關(guān)研究較多，主要包括突水潰沙的形成機(jī)理、危險(xiǎn)性分區(qū)、防治技術(shù)等方面。突水潰沙形成機(jī)理研究是災(zāi)害防控的基礎(chǔ)，董書寧等[4]系統(tǒng)對(duì)侏羅紀(jì)煤田薄基巖突水潰沙形成機(jī)理、潰沙通道和防治技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究；趙啟峰等[5]利用自主研發(fā)的突水潰沙氣液聯(lián)動(dòng)相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，研究采動(dòng)煤巖體裂隙發(fā)育及突水潰沙通道的分布特征；楊俊哲等[6]利用原位測(cè)試、理論分析和相似材料模擬等方法，研究工作面切頂壓架導(dǎo)致基巖裂隙導(dǎo)通工作面與含水松散層的發(fā)生機(jī)理。室內(nèi)試驗(yàn)是研究突水潰沙形成機(jī)理的主要手段，杜鋒等[7]通過(guò)自主研制的多孔介質(zhì)水沙兩相滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，從多孔介質(zhì)孔隙度、破碎巖石粒徑、沙粒粒徑3 個(gè)方面對(duì)突水潰沙的機(jī)理進(jìn)行了研究；張蓓等[8]基于顆粒流和液體流2 種流體力學(xué)理論，提出預(yù)測(cè)突水潰沙流量的潰沙漏斗和突水口2 種模型，探討地質(zhì)鉆孔導(dǎo)致突水潰沙事故的形成機(jī)理和防治對(duì)策；張士川等[9]通過(guò)創(chuàng)建的裂隙內(nèi)沙體突涌力學(xué)模型和突水潰沙試驗(yàn)?zāi)Ｐ停治隽严锻凰疂⑸嘲l(fā)生的極限平衡條件，并定量分析了裂隙突水潰沙各階段內(nèi)水沙運(yùn)移特征及各物理參量關(guān)聯(lián)性變化特征。在查明突水潰沙形成機(jī)理基礎(chǔ)上，對(duì)其的危險(xiǎn)性分區(qū)和評(píng)價(jià)為制定防控措施提供了依據(jù)，許海濤等[10]揭示第四系松散層含隔水層特征、底部黏土厚度及隔水層特征，建立了厚松散層、薄基巖工作面回采數(shù)值模型，對(duì)突水潰沙風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)；連會(huì)青等[11]研究煤層采動(dòng)覆巖來(lái)壓的規(guī)律，薄基巖破壞規(guī)律和研究水沙運(yùn)移的動(dòng)力機(jī)制，給出了突水潰沙臨界水頭高度及安全水頭的計(jì)算和判定依據(jù)。張坤[12]在對(duì)研究區(qū)基巖展布規(guī)律、主要含水層富水性分區(qū)和垮落帶和導(dǎo)水裂隙帶安全性分區(qū)的基礎(chǔ)上，形成突水潰沙危險(xiǎn)性分區(qū)預(yù)測(cè)方法。針對(duì)突水潰沙治理主要在井上下采用疏水降壓和注漿加固的方法，王振榮[13]提出了井下疏放水與注漿加固相結(jié)合的治理方法，形成了“疏注結(jié)合、先疏后注、邊治邊探、先治后采”的突水潰沙防治技術(shù)路線；劉洋[14]運(yùn)用完整井理論建立了覆巖破壞涌水裂隙通道水力坡度的臨界值，結(jié)合覆巖頂板實(shí)際破斷情況，提出突水潰沙配套的防治對(duì)策。

以上研究均針對(duì)神東礦區(qū)等厚松散層薄基巖條件下工作面突水潰沙，研究成果對(duì)于薄基巖突水潰沙災(zāi)害的防控和治理起到了顯著作用。近年來(lái)，圍繞侏羅紀(jì)煤田深埋弱膠結(jié)地層突水潰砂也有學(xué)者開展了相關(guān)研究，彭濤等[15]從導(dǎo)水通道、充水水源、物源、儲(chǔ)水空間、動(dòng)力源和地質(zhì)構(gòu)造等方面對(duì)突水潰砂的災(zāi)害機(jī)制進(jìn)行了綜合分析；任勝文[16]從導(dǎo)水裂隙帶高度、含水層厚度2 個(gè)主控因素對(duì)突水潰砂的危險(xiǎn)性分析建立影響因素的數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型，獲得突水潰砂危險(xiǎn)性分區(qū)；周振方等[17]基于突水潰砂區(qū)“人工假頂”再造的思路，提出了水泥-水玻璃混合液封堵工作面頂板突水潰砂通道的技術(shù)。

以往研究主要重點(diǎn)圍繞薄基巖突水潰沙防控和弱膠結(jié)地層突水潰砂形成機(jī)制和風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，而對(duì)于災(zāi)害發(fā)生后治理的相關(guān)研究較少，特別是弱膠結(jié)地層條件下掘進(jìn)巷道突水潰砂的治理技術(shù)未見成熟的研究成果。筆者以寧夏麥垛山煤礦2 煤回風(fēng)巷掘進(jìn)期間突水潰砂為研究對(duì)象，采用了高壓噴射(簡(jiǎn)稱高壓)擾動(dòng)注漿技術(shù)對(duì)巷道內(nèi)潰出的松散砂體進(jìn)行固結(jié)，完成封堵體的建造，成功治理掘進(jìn)巷道弱膠結(jié)頂板潰水潰砂災(zāi)害，將為類似工程提供借鑒。

1 礦井與掘進(jìn)巷道突水潰砂災(zāi)害

1.1 水文地質(zhì)條件

1.1.1 礦井概況

麥垛山煤礦位于寧夏寧東煤田鴛鴦湖礦區(qū)南部，隸屬于國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司，是寧東能源化工基地的主力供煤礦井。麥垛山煤礦礦井生產(chǎn)規(guī)模為8.0 Mt/a，主采煤層為侏羅系延安組2、6 和18 煤，由于2 煤水文地質(zhì)條件復(fù)雜，礦井采用上行開采方式，先期開采6 煤。

1.1.2 掘進(jìn)巷道水文地質(zhì)條件

麥垛山井田內(nèi)含水層由上而下分別為第四系含水層、直羅組下段含水層、2-6 煤間含水層、6-18 煤間含水層和18 煤以下含水層，其中直羅組下段含水層是影響和威脅2 煤采掘活動(dòng)的主要含水層。井田內(nèi)直羅組下段含水層厚60.21～317.70 m，平均厚度為138.70 m，巖性主要為灰綠、藍(lán)灰、灰褐色夾紫斑的中、粗粒砂巖，夾少量的粉砂巖和泥巖，局部含礫；砂巖的成熟度較低，分選性差，接觸式膠結(jié)為主。根據(jù)麥垛山煤礦首采區(qū)水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探資料，直羅組下段含水層的單位涌水量為0.009 6～0.299 5 L/(s·m)，滲透系數(shù)為0.013 6～0.955 7 m/d，富水性弱-中等。

麥垛山煤礦2 煤大巷包括2 煤輔助運(yùn)輸巷、2 煤帶式運(yùn)輸機(jī)巷、2 煤回風(fēng)巷和2 煤半煤巖運(yùn)輸巷，巷道頂板泥巖、粉砂巖隔水層較薄，甚至局部缺失，故2 煤大巷掘進(jìn)期間的主要充水水源為直羅組下段含水層，充水通道包括圍巖松動(dòng)圈、錨桿、錨索和斷層。

2 煤4 條大巷在掘進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行先探后掘，但由于巷道頂板地層區(qū)域差異性較大，加之直羅組下段含水層膠結(jié)性較差、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，小范圍集中涌水時(shí)有發(fā)生。

1.2 掘進(jìn)巷道突水潰砂概況

1.2.1 突水潰砂及其后果

當(dāng)2 煤回風(fēng)巷在掘進(jìn)至F26 斷層附近時(shí)，發(fā)生頂板突水潰砂，突水潰砂量峰值約1 000 m3/h，持續(xù)1 h后水量穩(wěn)定在400 m3/h。據(jù)統(tǒng)計(jì)，本次累計(jì)潰砂量約5 000 m3，2 煤輔助運(yùn)輸巷、2 煤帶式運(yùn)輸機(jī)巷、2 煤回風(fēng)巷、2 煤半煤巖運(yùn)輸巷與3 號(hào)聯(lián)絡(luò)巷累計(jì)約1 100 m被水砂淤堵(圖1)。

圖1 突水潰砂位置及淹沒巷道Fig.1 Schematic of water and sand inrush location and flooded roadways

1.2.2 形成原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)突水潰砂特征、地層和構(gòu)造條件分析，2煤回風(fēng)巷突水潰砂的水砂源為頂板直羅組下段砂巖含水層，通道為F26 斷層。當(dāng)回風(fēng)大巷掘進(jìn)過(guò)程中揭露F26 斷層后，斷層溝通上覆含水層導(dǎo)致掘進(jìn)工作面出水，隨著巷道繼續(xù)掘進(jìn)，對(duì)斷層的擾動(dòng)加劇，加之受到水動(dòng)力作用，導(dǎo)致產(chǎn)生突水潰砂，最終突水潰砂點(diǎn)附近被砂體淤積，5 條巷道部分區(qū)域被水砂淹沒。

1.2.3 治理面臨問題

突水潰砂治理通常采用地面和井下注漿2 種方法。2 煤頂板直羅組下段含水層厚度大、富水性較強(qiáng)，從地面施工注漿鉆孔易將此含水層與井下巷道導(dǎo)通，且地面治理時(shí)間長(zhǎng)、工程量大，效率較低。為了以較小的工程量短期內(nèi)完成對(duì)掘進(jìn)巷道突水潰砂的治理，計(jì)劃采用井下治理方法。

5 條巷道不同程度地被砂體淤積和被水淹沒，由于從F26 斷層潰出砂體較為松散，如果采用常規(guī)排水至淤積砂體附近，易發(fā)生二次潰砂災(zāi)害，同時(shí)可能導(dǎo)致更多砂體沿F26 斷層潰出，產(chǎn)生冒頂?shù)软敯迨鹿?，?duì)砂體進(jìn)行注漿形成固結(jié)體是治理的首選方案。由于突水潰砂點(diǎn)涌水量穩(wěn)定在400 m3/h 左右，排水過(guò)程中同時(shí)對(duì)淤積砂體進(jìn)行治理存在較大困難。

對(duì)2 煤回風(fēng)巷突水潰砂治理主要面臨以下幾個(gè)問題：(1) 突水潰砂點(diǎn)水量較大，需要盡快控制巷道的淹沒范圍；(2) 注漿鉆孔在淤積砂體中易塌孔，無(wú)法開展后續(xù)注漿近距離治理易發(fā)生次生災(zāi)害；(3) 具備開展治理工作的位置距離突水潰砂點(diǎn)較遠(yuǎn)；(4) 由于淤積砂體在巷道中受力不均，注漿時(shí)壓力過(guò)高易漏漿和跑漿，壓力過(guò)小則治理效果差。

2 基于高壓擾動(dòng)注漿技術(shù)的突水潰砂治理

2.1 治理思路

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)巷道突水潰砂的安全、高效治理，提出了以下治理思路：首先在2 煤回風(fēng)巷和半煤巖運(yùn)輸巷建造擋水墻，防止水砂淤積范圍進(jìn)一步擴(kuò)大；然后在2 煤帶式運(yùn)輸機(jī)巷采用高壓擾動(dòng)注漿技術(shù)對(duì)聯(lián)絡(luò)巷的淤積砂體進(jìn)行固結(jié)，形成1 號(hào)封堵體，同時(shí)對(duì)帶式運(yùn)輸機(jī)巷進(jìn)行排水；最后，在帶式運(yùn)輸機(jī)巷對(duì)2 煤回風(fēng)巷靠近突水潰砂點(diǎn)的淤積砂體進(jìn)行固結(jié)，形成2 號(hào)封堵體，為后續(xù)恢復(fù)2 煤回風(fēng)巷掘進(jìn)提供條件。

2.2 擋水墻建造與可靠性分析

2.2.1 擋水墻建造

擋水墻的目的主要是阻止水砂淤積范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，通過(guò)擋水墻內(nèi)部的泄水孔使墻內(nèi)側(cè)積水可控排放。擋水墻分別位于2 煤回風(fēng)巷和2 煤半煤巖運(yùn)輸巷水砂淹沒范圍邊緣(圖2)，2 座擋水墻可以使高壓擾動(dòng)注漿建造1 號(hào)封堵體時(shí)水砂淹沒范圍不會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

圖2 突水潰砂治理中1 號(hào)和2 號(hào)擋水墻平面位置Fig.2 Plan location of No.1 and No.2 water retaining walls

擋水墻采用兩側(cè)建造磚墻，磚墻間距1.0 m，然后向巷道圍巖開挖深度為0.5 m 的溝槽，磚墻之間與溝槽內(nèi)采用水泥沙漿充填，形成完整結(jié)構(gòu)的混凝土擋水墻。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，擋水墻形狀與巷道一致，為半圓拱形(圖3)。

圖3 擋水墻橫向與縱向剖面Fig.3 Schematic of the horizontal and longitudinal section of the water-retaining wall

擋水墻混凝土灌注采用3 個(gè)注漿管，最上部留設(shè)1 個(gè)排氣管，由下至上依次灌注混凝土，為了減輕擋水墻在建造時(shí)受到側(cè)向水壓力的作用，在擋水墻內(nèi)部預(yù)留4 個(gè)泄水管，可以將墻體內(nèi)側(cè)的積水可控排出。

2.2.2 擋水墻抵抗水壓核算

混凝土擋水墻是承受水砂壓力的受力結(jié)構(gòu)，其可靠性主要受到自身強(qiáng)度、圍巖工程地質(zhì)條件、水壓等因素影響，為了保障擋水墻能夠在承受一定水壓力作用下不被破壞，根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象及其受力性質(zhì)的不同，需要對(duì)擋水墻的抗壓和抗剪強(qiáng)度、圍巖抗剪強(qiáng)度進(jìn)行核算[18]。

1) 擋水墻抗壓強(qiáng)度核算：

式中：a為結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)，取1.2；p為擋水墻所能承受的水壓，MPa；S1為擋水墻承受水壓力的面積，m2；γh為混凝土的折減系數(shù)，取0.85；fc為混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa；S2為擋水墻與圍巖之間的作用面積，m2；B為巷道凈寬，m；H為巷道凈高，m；E1為頂槽深度，m；E2為邊槽深度，m；E3為底槽深度，m。

整理式(1)-式(3)，得到：

根據(jù)式(4)計(jì)算得到p為2.62 MPa。

2) 擋水墻抗剪強(qiáng)度核算：

式中：S3為擋水墻承受水壓力的剪切面積，m2；τq為混凝土允許抗剪強(qiáng)度，經(jīng)驗(yàn)公式，MPa；ft為混凝土抗拉強(qiáng)度，MPa；L為擋水墻厚度，m。

整理式(2)、式(5)和式(6)，得到：

根據(jù)式(7)計(jì)算得到p=1.64 MPa。

3) 巷道圍巖抗壓強(qiáng)度核算：

式中：ac為挖槽施工對(duì)圍巖的影響系數(shù)，取1.6；τc為巖體允許抗剪強(qiáng)度，取5.93 MPa。

整理式(2)、式(6)和式(8)，得到：

根據(jù)式(9)計(jì)算得到p=2.75 MPa。

根據(jù)對(duì)擋水墻抗壓、抗剪強(qiáng)度和巷道圍巖抗壓強(qiáng)度的核算，擋水墻至少能夠抵抗1.64 MPa 水壓，根據(jù)前期對(duì)2 煤頂板直羅組下段含水層的水壓觀測(cè)，其最大水壓為1.2 MPa，說(shuō)明建造的擋水墻能夠滿足注漿時(shí)的抗壓要求。

2.3 松散砂體高壓擾動(dòng)注漿技術(shù)

2.3.1 注漿鉆孔設(shè)計(jì)

在2 煤回風(fēng)大巷和半煤巖運(yùn)輸巷的擋水墻建造完成后，在實(shí)現(xiàn)防治水砂淤積范圍進(jìn)一步擴(kuò)大的目的后，突水潰砂出現(xiàn)平衡，砂體不再潰出和流動(dòng)。在2 煤帶式運(yùn)輸機(jī)巷選擇安全位置作為鉆場(chǎng)，對(duì)2 煤回風(fēng)巷和2 煤帶式運(yùn)輸機(jī)巷之間的1 號(hào)聯(lián)絡(luò)巷建造1 號(hào)封堵體(圖4)，其目的是將水砂淹沒范圍進(jìn)一步縮小，為下一步對(duì)突水潰砂點(diǎn)近距離治理創(chuàng)造條件。

圖4 高壓擾動(dòng)注漿鉆孔及封堵體平面圖Fig.4 Plan of the high-pressure jet disturbance grouting borehole and blocking body

根據(jù)前人研究成果[19-20]，當(dāng)注漿頭直徑一定時(shí)，在一定壓力范圍內(nèi)隨著漿液壓力的升高固結(jié)半徑基本呈線性增長(zhǎng)(圖5)。本次對(duì)3 號(hào)聯(lián)絡(luò)巷和2 煤回風(fēng)巷建造封堵體擬采用直徑為2.5 mm 的注漿頭，注漿壓力擬選擇20 MPa，故固結(jié)半徑約為0.7 m。

圖5 不同直徑的注漿頭固結(jié)半徑與注漿壓力相關(guān)性曲線Fig.5 Correlative curves of consolidation radius of grouting nozzles with different diameters and grouting pressure

在建造1 號(hào)封堵體時(shí)，首先在3 號(hào)聯(lián)絡(luò)巷的淤積砂體內(nèi)由下至上施工4 個(gè)一序鉆孔，各鉆孔終孔位置間隔1.4 m；然后施工兩側(cè)的6 個(gè)二序鉆孔，其終孔位置距離一序鉆孔終孔位置水平距離0.7 m；最后施工最外側(cè)的8 個(gè)三序鉆孔，其終孔位置距離二序鉆孔終孔位置水平距離0.7 m。通過(guò)不同次序施工的固結(jié)體互相咬結(jié)，最終在3 號(hào)聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)形成一個(gè)“頂不越、底不漏、體不滲”的1 號(hào)封堵體，其有效厚度超過(guò)2.8 m(圖6)。為了檢驗(yàn)1 號(hào)封堵體的質(zhì)量，分別在1 號(hào)封堵體4 個(gè)一序鉆孔固結(jié)范圍相鄰處施工3 個(gè)檢驗(yàn)鉆孔。通過(guò)1號(hào)封堵體將水淹和潰砂范圍限制在1 號(hào)封堵體、1 號(hào)擋水墻和2 號(hào)擋水墻之間的巷道內(nèi)，為建造2 號(hào)封堵體創(chuàng)造條件。

圖6 注漿鉆孔施工次序及1 號(hào)封堵體建造Fig.6 Drilling sequence of grouting boreholes and construction schematic of No.1 blocking body

在1 號(hào)封堵體建造完成后，對(duì)2 煤帶式運(yùn)輸機(jī)巷進(jìn)行清淤，然后選擇2 煤帶式運(yùn)輸機(jī)巷安全位置作為鉆場(chǎng)，在距離突水潰砂點(diǎn)40 m 處建造2 號(hào)封堵體，其施工過(guò)程和技術(shù)要求與建造1 號(hào)封堵體一致。

2.3.2 鉆注一體化技術(shù)及配套設(shè)備

由于含水砂體具有流動(dòng)性，在潰出的松散砂體中完成鉆孔施工時(shí)，當(dāng)鉆具退出后鉆孔易塌孔，無(wú)法進(jìn)行下一步對(duì)松散砂體的注漿。為使鉆探和注漿2 個(gè)過(guò)程連續(xù)化，發(fā)明鉆注一體化技術(shù)及配套裝備。當(dāng)鉆具在鉆進(jìn)狀態(tài)時(shí)，受到鉆具前方阻力的作用，鉆具被軸向壓縮為圖7a 的狀態(tài)，這時(shí)鉆進(jìn)沖洗液依次經(jīng)過(guò)鉆具中心的套體、心體、鉆頭，實(shí)現(xiàn)鉆探過(guò)程中護(hù)孔、排渣、冷卻和潤(rùn)滑的目的。當(dāng)鉆進(jìn)停止后進(jìn)行高壓高壓擾動(dòng)注漿時(shí)，由于鉆進(jìn)阻力消失，受鉆具內(nèi)部壓力的作用，鉆具的套體被向后軸向推展為圖7b 的狀態(tài)，這時(shí)心體和套體之間的通路關(guān)閉，同時(shí)注漿頭打開，將沖洗液更換為水泥漿，漿液從注漿頭噴出，實(shí)現(xiàn)射流擾動(dòng)注漿的目的。

圖7 鉆注一體化鉆具鉆進(jìn)、注漿狀態(tài)Fig.7 Drilling and grouting state of the integrated equipment

注漿壓力采用20 MPa，注漿材料為質(zhì)量比1∶1的單液水泥漿，水泥采用P.O42.5R 的普通硅酸鹽水泥(符合GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》要求)，鉆具的注漿頭選用直徑2.5 mm 的YG8 硬質(zhì)合金指數(shù)收斂型注漿頭1～2 個(gè)(圖8)。在高壓擾動(dòng)注漿時(shí)，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定鉆具后退速度為0.2 m/min，旋轉(zhuǎn)速度為20 r/min。每個(gè)鉆孔進(jìn)行2 次高壓擾動(dòng)注漿。

圖8 注漿頭結(jié)構(gòu)及參數(shù)Fig.8 Structure and parameters of the grouting nozzle

2.3.3 鉆孔控壓保漿技術(shù)及配套設(shè)備

在從井下巷道向另一端巷道松散砂體內(nèi)進(jìn)行射流擾動(dòng)注漿時(shí)，屬于近水平射流擾動(dòng)注漿，如果對(duì)孔口不采取保漿措施，鉆孔內(nèi)注漿形成的擾動(dòng)后流態(tài)混合材料易由于孔口跑漿、漏漿，無(wú)法保證固結(jié)體形成效果；如果對(duì)孔口完全封閉，則會(huì)造成孔內(nèi)高壓，同樣影響射流注漿效果。為了在注漿過(guò)程中對(duì)鉆孔進(jìn)行控壓和保漿，在孔口安裝控壓保漿裝置，注漿過(guò)程中如果孔口跑漿，首先旋緊壓盤，軸向壓縮橡膠材料做成的“V”形組合阻尼體，使其產(chǎn)生徑向變形膨脹，對(duì)保漿裝置與鉆桿間的間隙進(jìn)行封堵，然后緩慢打開注漿口閥門，在較低壓力下(不大于0.5 MPa)將多余漿液排出(圖9)。

圖9 孔口控壓保漿裝置Fig.9 Schematic of orifice pressure control and slurry retention device

2.4 高壓擾動(dòng)注漿效果檢驗(yàn)

1) 檢驗(yàn)孔取心

針對(duì)1 號(hào)封堵體在不同高度設(shè)計(jì)了3 個(gè)檢驗(yàn)孔[21]，分別為1 號(hào)-J-1、1 號(hào)-J-2 和1 號(hào)-J-3 鉆孔，每個(gè)鉆孔孔深約46 m，止水套管11 m，3 個(gè)檢驗(yàn)孔在3 號(hào)聯(lián)絡(luò)巷范圍內(nèi)(39～45 m)1 號(hào)封堵體的取心完整(圖10)，水泥含量高，說(shuō)明1 號(hào)封堵體固結(jié)效果較好，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)3 號(hào)聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)松散砂體的有效固結(jié)。

圖10 1 號(hào)封堵體3 個(gè)檢驗(yàn)孔巖心Fig.10 Three test borehole cores of No.1 blocking body

2) 壓水試驗(yàn)

對(duì)1 號(hào)封堵體的3 個(gè)檢驗(yàn)孔取心后進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)，壓力取突水潰砂點(diǎn)所承受頂板直羅組下段含水層水壓的1.5 倍(1.8 MPa)，各檢驗(yàn)孔在壓水持續(xù)30 min 后無(wú)明顯水量消耗，認(rèn)為1 號(hào)封堵體質(zhì)量良好。

2 號(hào)封堵體在建造完畢后也施工相應(yīng)的檢驗(yàn)孔進(jìn)行取心和壓水試驗(yàn)，2 號(hào)封堵體巖心完整且壓水試驗(yàn)無(wú)漏水現(xiàn)象，說(shuō)明2 號(hào)封堵體質(zhì)量良好，達(dá)到對(duì)2 煤回風(fēng)巷突水潰砂的治理目的。

2.5 突水潰砂點(diǎn)的處理

由于直羅組下段含水層水壓約為1.2 MPa，為了避免2 煤回風(fēng)巷掘進(jìn)過(guò)程中再次發(fā)生突水潰砂，通過(guò)2 號(hào)封堵體向突水潰砂點(diǎn)施工2 個(gè)疏水泄壓孔，計(jì)劃等涌水量小于10 m3/h，且水壓小于0.3 MPa 時(shí)，再對(duì)突水潰砂點(diǎn)進(jìn)行下一步治理。

3 結(jié) 論

a.采用井下高壓擾動(dòng)注漿技術(shù)對(duì)掘進(jìn)巷道突水潰砂進(jìn)行治理，包括構(gòu)筑擋水墻、建造封堵體和效果檢驗(yàn)等步驟，其工程量小，治理時(shí)間短，安全性和可靠性較高。

b.對(duì)擋水墻的尺寸和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其構(gòu)筑后可以有效控制水砂淹沒范圍，經(jīng)過(guò)對(duì)擋水墻的抗壓和抗剪強(qiáng)度、圍巖抗剪強(qiáng)度進(jìn)行核算，擋水墻能夠至少抵抗1.64 MPa 水壓，滿足要求。

c.采用鉆注一體化鉆具對(duì)松散砂體進(jìn)行注漿固結(jié)，有效解決了松散砂體中鉆孔易塌孔影響后續(xù)注漿的難題，利用孔口控壓保漿裝置避免了對(duì)松散砂體高壓注漿時(shí)跑漿和漏漿等問題。

d.巷道內(nèi)松散砂體建造的封堵體采用取心和壓水試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)質(zhì)量，所取巖心完整，且封堵體能夠承受1.8 MPa 的壓力，為巷道的后續(xù)掘進(jìn)創(chuàng)造條件。