廢棄礦井導(dǎo)水通道封堵技術(shù)研究

陳昌友　連占國(guó)

[摘要]根據(jù)××煤田各礦的井田邊界煤柱遭受破壞的具體情況和水害發(fā)生、發(fā)展的實(shí)際過(guò)程，通過(guò)全面的調(diào)查分析研究，采用“以堵為主、以排為輔、并行作業(yè)”的水害綜合治理方案，主要包括井田邊界地面動(dòng)水注漿截流等，平均減少各礦井總涌水量2000m³/h以上，保證礦井及其所屬范圍內(nèi)幾十對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)小煤礦的安全正常生產(chǎn)，取得預(yù)期的治理效果。

[關(guān)鍵詞]廢棄礦井 導(dǎo)水通道封堵 地面動(dòng)水注漿截流

中圖分類號(hào)：TE2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0310073－01

針對(duì)礦區(qū)廢棄礦井的地質(zhì)、開(kāi)采條件，本論文采取導(dǎo)水通道與控制雙重效果的研究，不但解決井田內(nèi)受水威脅的煤炭資源安全開(kāi)采，而且將廢棄礦井的水位恢復(fù)到一個(gè)較高水平，以實(shí)現(xiàn)采煤、水資源與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)、持續(xù)發(fā)展。本論文成果也為我國(guó)其它礦區(qū)解決類似問(wèn)題提供了理論和技術(shù)依據(jù)。

一、地下水綜合治理技術(shù)與工程工藝

（一）鉆孔結(jié)構(gòu)

巷道封堵的鉆孔結(jié)構(gòu)：煤層巷道上覆巖層未受采動(dòng)的影響，地面注漿鉆孔直接貫穿巷道頂板即可。鉆孔包括表土層固井段和基巖段。

破碎帶、離層帶注漿的鉆孔結(jié)構(gòu)：破碎與離層兩帶的鉆孔結(jié)構(gòu)包括第四系風(fēng)化帶鉆孔段、基巖段、離層帶關(guān)鍵層位注漿及破碎帶注漿段。各段的鉆孔結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（二）工程工藝

1．注漿材料。破碎帶注漿采用水泥，漿液由水泥和水配制而成，水灰比一般為0.7:1。并按比例加入速凝劑。離層帶注漿采用電廠粉煤灰，漿液由粉煤灰和水配制而成，漿液比重為1.14-1.16。

2．注漿工藝。（1）巷道封堵工藝：地下水位監(jiān)測(cè)→骨料級(jí)別選擇→骨料注入→注入速凝劑。（2）導(dǎo)水裂隙帶、破碎帶注漿工藝：破碎帶砂漿注入→水泥漿注入→破碎帶速凝劑加固封閉→導(dǎo)水裂隙帶注入水泥漿→導(dǎo)水裂隙帶快速凝固漿注入→裂隙帶封閉注漿。（3）離層帶注漿工藝：離層注水試驗(yàn)→高壓壓裂擴(kuò)張→離層帶水泥漿注入→通水洗孔→循環(huán)注漿。

二、田邊界地面動(dòng)水注漿截流

××煤田水害治理方案于2008年開(kāi)始實(shí)施。礦1約占××煤田各礦井總涌水量50%以上的涌水量進(jìn)入礦2并繼續(xù)西侵是形成煤田嚴(yán)重水害威脅的主要因素，所以，首先堵截礦1與礦2之間的導(dǎo)水通道，防止礦1的大量涌水外流進(jìn)入其它礦井，建立第一道防線。根據(jù)兩礦之間的已知和可能的連通情況，分析研究制定了截流方案，并編制了地面動(dòng)水注漿設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)新井兩條石門的標(biāo)高、具體方位、巷道坐標(biāo)等作進(jìn)一步計(jì)算核實(shí)，對(duì)采動(dòng)破壞情況進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上標(biāo)定注漿鉆孔位置。為使工程盡快開(kāi)工，早日解除水害隱患，注漿工地的供電、供水及工農(nóng)關(guān)系等工作也同步進(jìn)行。

（一）注漿技術(shù)方法

注漿截流工程以巷道為重點(diǎn)，每條巷道附近擬布置2個(gè)注漿孔，沿巷道東西方向布孔。鉆孔間距20m，每孔深約340mo沿兩條石門附近共布置4個(gè)注漿孔，計(jì)劃工程量1360m。開(kāi)孔前對(duì)鉆孔孔位進(jìn)行了嚴(yán)格的標(biāo)定、復(fù)測(cè)。防止標(biāo)定孔位錯(cuò)誤，造成鉆孔報(bào)廢。鉆孔在施工過(guò)程中采用了陀螺定向技術(shù)，保證了鉆孔的垂直度。鉆孔打入巷道后，首先向孔內(nèi)注入石子、砂子等骨料，然后注入水泥～水玻璃雙液漿，最后注入水泥單液漿。由于該處為動(dòng)水注漿，原則上采用濃漿液定量多次注入的方式以控制漿液擴(kuò)散流失，加強(qiáng)充填注漿封堵效果。注漿終止壓力定為靜水壓力的1-2倍，約3-6MPa。封堵采動(dòng)裂隙的鉆孔則采取孔內(nèi)先爆破然后再加壓注漿的方法。

（二）施工措施

共施工注漿孔4個(gè)、工程量1261.17m，注入水泥3336t、砂子181.7m³、石子158m³、水玻璃、食鹽、三已醇胺適量。

1．注漿1號(hào)孔：鉆孔標(biāo)定在正巷石門開(kāi)口與礦1煤下山三叉門處。共注入水泥548t、砂子138m³、石子158m³，注漿終止壓力為3.8Mpa。

2．注漿4號(hào)孔：鉆孔位于石門副巷中部，由于沒(méi)有巷道導(dǎo)線資料，鉆孔標(biāo)定僅根據(jù)市煤炭局提供的蘭圖反算坐標(biāo)，作為參數(shù)標(biāo)定。坐標(biāo)精度誤差較大。施工到279.5m處時(shí)鉆孔出現(xiàn)全漏水現(xiàn)象，并出現(xiàn)卡鉆坍塌。先后采用水泥封閉11次，封堵用水泥425.7t，此時(shí)287.00m以上基本堵住不再漏水。向下采用邊堵邊鉆進(jìn)方法施工到328.20m，仍沒(méi)有發(fā)生明顯的掉鉆現(xiàn)象，根據(jù)測(cè)斜資料計(jì)算，孔深310m處的偏距為1.90m，偏率0.61%。

由于本巷道為地方小煤礦開(kāi)拓，其原始數(shù)據(jù)不詳，再利用鉆孔鉆探巷道難度相當(dāng)大。根據(jù)鉆探資料分析，孔深到305m以下時(shí)，地層已正常，說(shuō)明巷道應(yīng)該在305m以上鉆孔附近。因此，決定在鉆孔內(nèi)實(shí)施爆破，擴(kuò)大鉆孔與巷道的連通通道，然后對(duì)其注漿。截止到2000年4月5日共注入水泥694.25t，注漿終壓為4MPa，該孔結(jié)束。根據(jù)注漿4號(hào)孔的鉆探施工過(guò)程反映，該處除導(dǎo)水巷道外，還存在采動(dòng)破壞影響產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙，通過(guò)注漿4號(hào)孔注入的漿液起到了封堵該處的導(dǎo)水裂隙的作用。

在318m-320.Sm處，共裝入地震勘探用TNT炸藥12kg，一次炸破，但效果不明顯。該孔共注入水泥408t。

三、工程效果

地面注漿堵水工程，注漿工程初見(jiàn)成效。礦1水位由每天上升約0.3m，變?yōu)槊刻煜陆导s0.2m。礦2水位仍繼續(xù)上升，兩礦水位差繼續(xù)拉大。充分說(shuō)明泄水的通道已基本堵住或部分堵住。為鞏固注漿成果，對(duì)兩條導(dǎo)水石門，又各施工一個(gè)注漿孔，現(xiàn)注漿工程全部結(jié)束，礦1水位為+39.91m，而礦2水位僅為+1.70m，兩礦水位差由注漿前的5m左右，增加到38.21m，并繼續(xù)加大，注漿截流工程首戰(zhàn)告捷。

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作者簡(jiǎn)介：

陳昌友，男，地質(zhì)工程師，1987年畢業(yè)于安徽理工大學(xué)煤田地質(zhì)與勘查專業(yè)，現(xiàn)為安徽省煤田地質(zhì)局二隊(duì)工程師，主要從事地質(zhì)、巖土工程施工。