趙村鋪煤礦突水淹井與注漿堵水分析

摘要： 簡(jiǎn)要介紹了石家莊市趙村鋪煤礦突水淹井事故的經(jīng)過(guò)，突水條件的分析，堵水方案的選擇，堵水復(fù)礦工程的實(shí)施，堵水效果的分析預(yù)計(jì)，以及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為類似突水事故的快速治理提供了一定的參考價(jià)值。

Abstract： This paper briefly introduces the mine-flooding accident caused by water-burst in Zhaocunpu coal mine in Shijiazhuang， analyzes the water-burst condition， the scheme selection of stopping up water， the implementation of project of stopping up water and recovering the mine back， the analysis and prediction of water shutoff effect， as well as the experiences and lessons. It provides a certain reference value for the rapid management of similar water-burst accidents.

關(guān)鍵詞： 煤礦突水；地面鉆孔；注漿堵水

Key words： coal mine water-burst；ground drilling；grouting for stopping up water

中圖分類號(hào)：TD74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）06-0154-02

1 概況

石家莊市趙村鋪煤礦1402工作面在回采四層煤時(shí)發(fā)生采中突水，因水量超過(guò)了礦井排水能力，礦井全部被淹，堵水復(fù)礦關(guān)系著企業(yè)生存，石家莊金石地質(zhì)勘測(cè)有限公司在制定了詳細(xì)的堵水方案后，施工兩個(gè)注漿堵水鉆孔，注入水泥1840.9噸，僅用3個(gè)多月即完成堵水工程，堵水率100%。

2 礦井地質(zhì)與水文地質(zhì)

2.1 地質(zhì)與構(gòu)造

井陘煤田為一南北向地塹斷陷盆地，趙村鋪井田處于井陘煤田大地塹東側(cè)趙村鋪次級(jí)地塹上，井田東界和西界分別為趙村鋪和劉趙村大斷層，以五層煤露頭線為其北界，南部以北正井田為界。井田內(nèi)西部構(gòu)造較東部相對(duì)復(fù)雜，其西北部一條走向北東、落差30m的F2斷層，即本次突水?dāng)鄬?。井田開(kāi)采煤層主要為太原組的第一、二、四、五層煤，礦井開(kāi)拓方式為斜井石門(mén)上下山開(kāi)采，受水威脅的四、五層煤占可采儲(chǔ)量的91.8%。井田主要地層見(jiàn)圖1。

2.2 水文地質(zhì)

井陘煤田區(qū)域上屬威州泉域，地下水位西高東底，趙村鋪井田處于地下逕流帶北側(cè)，奧灰靜水位+208～+200m。本井田威脅煤層開(kāi)采的主要含水層為煤系基盤(pán)奧灰強(qiáng)含水層。

3 突水經(jīng)過(guò)與突水條件

3.1 突水經(jīng)過(guò)

本次突水發(fā)生于趙村鋪井田+100水平四層煤1402采面，初始水量30m3/h，后迅速增大，水色渾黃，夾帶有少量鋁土質(zhì)頁(yè)巖巖屑，突水口位于F2斷層面上，標(biāo)高+141m，突水84.5小時(shí)時(shí)水涌入井底+150水平大巷和主泵房，電機(jī)被淹而停泵，突水11天后井筒水位穩(wěn)定在+202.64m，與此同時(shí)，井口北東500m左右與本井空區(qū)相連的趙村鋪村辦小礦亦遭淹沒(méi)。經(jīng)化驗(yàn)，水質(zhì)為奧灰水，根據(jù)淹井速度估算突水點(diǎn)穩(wěn)定水量為634.8m3/h。

3.2 采面地質(zhì)與回采情況

1402采面西臨劉趙村斷層，東為F1斷層，北為F2突水?dāng)鄬?，南為F3斷層。采面北窄南寬，平均長(zhǎng)65m，南北寬40m，煤厚1.5m，北高南低，走向近東西，平均傾角25°，采面底板高程+150～+115m，斜面積3231m2，煤層頂板為堅(jiān)硬不易垮落的大青灰?guī)r。采用簡(jiǎn)易短臂法回采，當(dāng)開(kāi)采后退至10m時(shí)，斷層面處發(fā)生了本次突水，采空平面面積共892m2，采出煤炭1800噸左右，見(jiàn)圖2。

3.3 突水條件分析

本次突水的基礎(chǔ)因素是井田內(nèi)奧灰相對(duì)富水；處于F2斷層降盤(pán)的1402四層采面底板與升盤(pán)側(cè)奧灰垂距由正常的73m減少到43m，突水的直接原因是沿?cái)鄬用婊夭?；采?dòng)破壞了原始地應(yīng)力的平衡，使空區(qū)底板尤其是周邊處失穩(wěn)遭到破壞，奧灰水在開(kāi)采之前早沿F2斷層帶向上導(dǎo)升，底板破壞深度與奧灰水“導(dǎo)高”帶相接觸，引發(fā)了本次突水，采動(dòng)破壞是本次突水的誘發(fā)因素，而“導(dǎo)高”的存在是本次突水的關(guān)鍵因素。

4 堵水復(fù)礦工程的實(shí)施與效果分析

4.1 堵水方案選擇

突水淹井造成了靜水注漿堵水條件，突水口處于斷層面上，基于此條件，提出了堵源治本及蓋被子治標(biāo)等多個(gè)堵水方案，通過(guò)分析對(duì)比，最終決定采用了時(shí)間短見(jiàn)效快的蓋被子方案，封堵采面與外界連通的兩個(gè)主要通道——五四斜小井和回風(fēng)斜坡，此方案僅需施工兩個(gè)鉆孔。

4.2 注漿施工與礦井排水

4.2.1 注1孔的施工與注漿

注1孔預(yù)定打入四五小井內(nèi)，由于圖紙資料不夠準(zhǔn)確，鉆孔實(shí)際落在小井南側(cè)煤壁內(nèi)1m處，僅在四層煤內(nèi)發(fā)生小漏水，終孔于四層底板砂巖，終孔深度154.05m。采取孔底放炮補(bǔ)救措施與小井崩透后，孔內(nèi)靜水位+203.4m。

注1孔采用連續(xù)自流注入工藝，歷時(shí)7天，共注入水泥1495.1噸，注漿用水取自與1402面連通的馮立井（直徑1.6m）。注1孔注漿到水泥500噸時(shí)，礦井水位開(kāi)始上升，注漿到臨近結(jié)束時(shí)，潛水泵從馮立井抽出之水發(fā)現(xiàn)水泥漿，潛水泵被燒壞，注漿結(jié)束后，鉆孔內(nèi)漿液面升至+205.5m，實(shí)測(cè)馮立井水泥漿頂面高出井底33.5m，高出采面最高處頂板22m。endprint

分析注漿效果，認(rèn)為采面內(nèi)部并未被漿液充滿，應(yīng)繼續(xù)施工注2孔。計(jì)算所有應(yīng)充填總體積為1891m3，需水泥2130噸。注1孔注入水泥所形成的結(jié)石體應(yīng)為1330m3，減除馮立井內(nèi)結(jié)石體67m3，尚有628m3的空區(qū)未充填。

4.2.2 礦井復(fù)礦排水與注2孔注漿

為在微動(dòng)水條件下進(jìn)一步封堵采空區(qū)頂板灰?guī)r中可能存在的導(dǎo)水裂隙，決定注2孔注漿與復(fù)礦排水同步進(jìn)行；礦井排水共安裝排水泵5臺(tái)，總流量936m3/h，在注1孔注漿結(jié)束12天后開(kāi)始排水，注2孔同時(shí)開(kāi)鉆，注2孔在孔深132.29m見(jiàn)預(yù)定空區(qū)，未見(jiàn)水泥痕跡，孔內(nèi)水位+211.65m，此時(shí)礦井排水至第一降程水位穩(wěn)定期，隨著第二降程的追排水，注2孔水位下降了14.65m，之后仍隨追排水的進(jìn)行同步下降，表明漿液結(jié)石體或頂板存在有裂隙，空區(qū)與外界未被完全隔絕。

隨即注2孔開(kāi)始注漿，采用加壓連續(xù)注漿工藝，后期間歇注漿，孔壓由0.2MPa逐步上升，終孔壓力4.5MPa。注漿時(shí)正值第二降程水位穩(wěn)定期，隨著漿液的注入排水量明顯減少。為了檢查注漿效果和補(bǔ)充注漿，對(duì)注2孔進(jìn)行了掏孔，孔深127m（+157.66）始見(jiàn)到水泥凝結(jié)物，鉆至154.48m四層煤底板砂巖而停鉆，補(bǔ)充注漿后結(jié)束該孔，注2孔共注水泥345.8噸。

4.3 排水資料分析、堵水率預(yù)計(jì)與實(shí)際堵水率

為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)堵水率，進(jìn)行了三個(gè)降程的排水試驗(yàn)，見(jiàn)表1，其中第一降程由于水量穩(wěn)定值變幅太大，延續(xù)時(shí)間短，數(shù)據(jù)不能用，第二、三降程數(shù)據(jù)可利用。

突水前礦井+150水平正常排水量為100.2m3/h，淹井時(shí)被連帶淹掉而停止排水的趙村鋪村辦小窯正常排水涌水量為20.4m3/h，兩者相加即120.6m3/h為實(shí)際突水前礦井正常涌水量。以第二、三降程數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，公式計(jì)算預(yù)計(jì)堵水率在96%左右，決定繼續(xù)追排水，礦井排水到底后，井下實(shí)地觀察，實(shí)際堵水率為100%，礦井完全恢復(fù)生產(chǎn)后，當(dāng)年產(chǎn)煤3.3萬(wàn)噸，堵水取得了預(yù)期的好效果。

5 結(jié)論及建議

本次注漿堵水工期短見(jiàn)效快，是煤礦治理水害、復(fù)礦生產(chǎn)的又一成功例證，也為煤礦生產(chǎn)提供了很多可借鑒的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為此建議：①大漿量自流注漿工藝，是靜水條件下封堵礦井突水，縮短注漿工期的有效措施。②注1孔注漿取水于馮立井所引起的微動(dòng)水，竟能使?jié){液大量順微動(dòng)水流運(yùn)移、沉淀，這是可借鑒于動(dòng)水注漿的重要收獲和教訓(xùn)。③本次注漿材料全部選用水泥，偏重考慮工程質(zhì)量而忽視了經(jīng)濟(jì)效益。如前期注入部分骨料等，可大大節(jié)約資金。

參考文獻(xiàn)：

[1]李譽(yù)榮，王墨生，馮金文.井陘礦務(wù)局臨城礦0807面底板突水與地面注漿堵水[J].河北勘察，2002（3）：44-48.

[2]馬苒.談兩渡礦注漿堵水實(shí)踐[J].科學(xué)之友，2006（8）：32-33.

[3]鄧云輝，薛小奇，于計(jì)華，等.平禹一礦特大突水災(zāi)害治理及快速?gòu)?fù)礦技術(shù)研究[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2010（2）：136-138.

[4]王強(qiáng).常德青峰煤礦地面鉆孔注漿堵水實(shí)踐[J].探礦工程，2011，38（4）：63-65.endprint