桑樹坪煤礦奧灰?guī)r6 號涌水點(diǎn)封堵與利用技術(shù)

吳 杰，陳 通

（1.陜西陜煤韓城礦業(yè)有限公司，陜西 韓城 715400；2.陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司 高新分公司，陜西 西安 710000）

近年來，較快發(fā)展的國民經(jīng)濟(jì)對煤碳資源的需求量高居不下[1]。然而，較高的煤炭資源需求導(dǎo)致其開采地質(zhì)條件日益復(fù)雜化，由此引發(fā)的瓦斯和水害等礦井群死群傷事故時有發(fā)生[2-3]，對煤炭安全開采乃至煤炭工業(yè)和諧發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

目前，煤礦水害因其強(qiáng)烈的致災(zāi)性引起了廣泛關(guān)注與研究，總體而言煤礦水害方面的研究內(nèi)容主要集中在礦井水文地質(zhì)條件探查礦井突水危險性理論計算與綜合評價及基于以上研究成果的礦井水害預(yù)防與治理技術(shù)等[4-14]。其中，礦井水文地質(zhì)條件的精細(xì)化探查與評價對礦井水害的預(yù)防至關(guān)重要，同時也是采取相應(yīng)綜合和系統(tǒng)化防治技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)因此，進(jìn)行特定水文地質(zhì)條件基礎(chǔ)上的礦井水害預(yù)防和治理是相關(guān)研究工作的基本目的，同時也是礦井安全開采和礦區(qū)經(jīng)濟(jì)社會等可持續(xù)發(fā)展的重要保障。

桑樹坪煤礦于 20 世紀(jì) 70 年代建井，建井時間久遠(yuǎn)，在施工礦井主水倉過程中，出現(xiàn)編號為 6號的突水點(diǎn)，但現(xiàn)有資料不能詳細(xì)反應(yīng)出擋水墻和突水點(diǎn)情況，突水影響礦井生產(chǎn)安全，且造成水資源浪費(fèi)，桑樹坪煤礦 280 大巷6#出水點(diǎn)必須進(jìn)行有效治理。

1 6號突水點(diǎn)擋水墻探測情況

1.1 突水點(diǎn)概況

桑樹坪煤礦6 號突水點(diǎn)距礦井1 號井底車場580 m，最初突水量為54 m3/h，隨后觀測涌水量為80 m3/h。礦井設(shè)計方案進(jìn)行變更，在退后約40 m 處拐彎施工了斜巷主排水倉，并在靠近拐彎處先后施工了數(shù)道擋水墻，但目前礦井現(xiàn)有相關(guān)資料均不能詳細(xì)反映擋水墻施工質(zhì)量、具體位置等情況。2012 年6 月4 日在閉墻外涌水水溝中采用浮標(biāo)法觀測涌水量為121 m3/h，水質(zhì)化驗礦化度為1 213 mg，出水層位在奧灰頂面向下20 m，距11 號煤層底板36 m。外墻頂部漏水十分嚴(yán)重，墻體跨度達(dá)到10 m，面積約為31 m。

1.2 地質(zhì)雷達(dá)探測成果

由于現(xiàn)有資料未能顯示 6 號突水點(diǎn)施工的擋水墻數(shù)量、厚度、質(zhì)量、位置等部分資料數(shù)據(jù)矛盾或無據(jù)可查，2018 年 2 月采用探地雷達(dá)定點(diǎn)法進(jìn)行探查，設(shè)置頻率為100 MHz。從墻體向內(nèi) 0～1.65 m范圍黑色部分為第 1 道墻體；2.05 m 范圍信號較均勻，為墻體間充水區(qū)；0.65 m 范圍黑色部分為第2 道墻體；3.00 m 范圍信號較均勻是墻體之間充水區(qū)；0.85 m 范圍黑色部分是第 3 道墻體，2.03 m范圍波型雜亂，判斷為墻體之間有雜物影響屬第4道墻體。雷達(dá)定點(diǎn)法探測結(jié)果如圖1。

圖1 雷達(dá)點(diǎn)法探測結(jié)果Fig.1 Radar point method detection results

經(jīng)過初步探查與資料分析認(rèn)為：第1 道擋水墻厚2.05 m，距突水點(diǎn)30.5 m，第1 道擋水墻與第2 道擋水墻間距1.5 m；第2 道擋水墻厚1.05 m；第2 道與第3道擋水墻間距2.65 m；第3 道擋水墻厚2.05 m，第4 道擋水墻厚1.5 m；第3 道與第4 道擋水墻無間距。第1～第4 道擋水墻為混凝土擋墻。資料反映第4 道與第5道擋水墻間距17.5 m；第5 道擋水墻約為2 m 厚的料石墻。6#出水點(diǎn)新做擋水墻平面位置圖如圖2。

2 突水點(diǎn)封堵治理方案選擇

針對 6 號出水點(diǎn)持續(xù)出水，涌水量大且相關(guān)技術(shù)資料不足的特點(diǎn)，制定3 套技術(shù)方案進(jìn)行治理：

圖2 6#出水點(diǎn)新做擋水墻平面位置圖Fig.2 Plan of water retaining wall

1）方案1。在原有擋水墻右側(cè)巷幫中先施工2個泄壓鉆孔，長度設(shè)計為30 m，進(jìn)行泄壓放水，然后對外側(cè)3 道擋水墻之間的空間全部注漿充填，最后對卸壓鉆孔進(jìn)行閥門關(guān)閉控水。但考慮到該方案的風(fēng)險在于充填各擋水墻之間空間，而最外面墻跨度大強(qiáng)度不夠，受壓后容易垮塌，同時充填水泥漿會大量流失，造成材料浪費(fèi)，方案預(yù)算初步費(fèi)用約55～60 萬元。

2）方案2。拆除外部4 道擋水墻，在開口牛鼻子以里選擇合適位置重新施工擋水墻，在墻體與圍巖巖壁埋管注漿封閉密實，擋水墻留設(shè)泄水管進(jìn)行閥門控水，如果施工擋水墻存在空間較小，須重新掏槽，布鋼筋澆灌混凝土以及壁后注漿等，同時使用局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行供風(fēng)，預(yù)算費(fèi)用35～40 萬元。

3）方案3。拆除外側(cè)2 道擋水墻，對第3 道擋水墻位置及墻體質(zhì)量進(jìn)行安全評價，加固圍巖松動圈進(jìn)行壁厚注漿，形成新的導(dǎo)排水管路，利用其涌水為礦井南翼采區(qū)供水提供優(yōu)質(zhì)水源，預(yù)算費(fèi)用25～30萬元。

方案通過對比研究決定：先在舊擋水墻中下部施工放水卸壓孔1～2 個，打開前 2 道擋水墻，根據(jù)探查情況再采取第3 套或第2 套技術(shù)方案。具體揭露后則按照3 套方案進(jìn)行了實施。

3 擋水墻圍巖松動圈治理方案措施

1）采用風(fēng)鉆探眼卸載擋水墻內(nèi)壓力水，先打開第1、第2 道擋水墻，擋水墻下挖排水溝，清理第1道擋水墻至第3 道擋水墻間浮渣。

2）對原埋設(shè)的巷道左、右兩側(cè)1 趟φ150 mm管，1 趟φ100 mm 管進(jìn)行注漿封堵，對右下角埋設(shè)的φ150 mm 水管進(jìn)行改造并延伸至第1 道擋水墻外，在管口安裝高壓閥門、壓力表，控制出水量。

3）對第3 道擋水墻四周及第2、第3 道擋水墻間圍巖、頂、底板松動圈進(jìn)行堵漏，采取注漿封堵加固。

4）根據(jù)擋水墻及其圍巖地質(zhì)條件制定專項治理技術(shù)措施，主要包括注漿鉆孔的布置、鉆孔施工工藝、注漿口管設(shè)置、注漿材料、注漿參數(shù)、施工組織設(shè)計等，根據(jù)現(xiàn)場具體情況進(jìn)行了合理的參數(shù)調(diào)整與完善，在泄水管閥門關(guān)閉升壓后使外滲殘余涌水量小于 5 m3。

4 引流卸壓及圍巖裂隙治理

4.1 處理方案及施工程序

1）擋水墻卸壓放水與開挖清淤。先后在第1 道、第2 道擋水墻上打眼釋放壓力水，實際揭露第1 道擋水墻厚 2.05 m，第 1 道與第 2 道墻間距 1.50 m；揭露第2 道擋墻厚度為 1.05 m。第 2 道墻與第3 道墻間距為2.65 m；鉆探探查第3 道墻體厚度為 2.05 m。清理2 道擋水墻至3 道擋水墻石渣，清理到底部1 m，打混凝土墊層長5 m、寬2.7 m、厚300 mm。

2）膨脹橡膠堵塞導(dǎo)水舊管與注漿。第1 至第3道擋水墻下方原有3 根導(dǎo)水管，均已繡蝕嚴(yán)重并涌水，涌水量約60 m3/h。采用可塑性橡膠塞子送至深部第4 道擋水墻管頭將右側(cè)2 根導(dǎo)水管隔斷，并采取雙液漿注漿封堵管內(nèi)。保留巷道左側(cè)1 根φ150 mm 管實施導(dǎo)流引水。隨后采用耐壓抗腐蝕變徑新水管進(jìn)行了插入連接，并對連接管孔之間的縫隙注漿封堵，反復(fù)數(shù)次達(dá)到密實。在固定該水管的連接處還采用卡子箍，并鋼絲繩預(yù)緊水管兩頭法蘭盤，管子兩頭水管固結(jié)使用自流平膠墊，待膠凝固后，然后連接新水管并延至1 道墻外5 m 處，管頭安裝高壓閥門和壓力表。做關(guān)閉閥門實驗查看各連接管密封良好，再澆筑混凝土完全封閉。

3）錨桿注漿加固圍巖松動圈。為加固圍巖松動，在第2 至第3 道擋水墻間采用三花眼布置，布置施工注漿錨桿 3 排，每排 6 根，深度 2.5 m，底板施工注漿錨桿4 排，深度2.8 m。采用砂漿掛網(wǎng)噴漿，厚度40～60 mm。在靠近第3 道擋墻周邊根部，與其15°夾角布1 排鉆孔，孔間距為0.5 m，第1 排布孔10 個，孔深 3.5 m。第 2 排與第 1 排排間距為 1 m，第2 排與周邊也成15°夾角，第2 排孔間距0.5 m，布孔 10 個，孔深3.5 m。第3 排與第 2 排排間距 1 m，第 3 排孔間距 1 m，底板第 3 排布孔 5 個，孔深 3.5 m。共計施工底板孔20 個，圍巖孔22 個，后期補(bǔ)漿預(yù)埋鉆孔孔口管12 個。反復(fù)注漿加固擋水墻圍巖。

4.2 治理效果評價

2018 年 8 月 20 項目開始啟動，11 月 5 日竣工并組織驗收，先后完成泄水管安裝導(dǎo)流工程、圍巖墻體注漿加固工程，管口閥門、壓力表安裝等，進(jìn)行泄水管閥門關(guān)閉升壓。升壓后可見第2 至第3 道擋水墻之間頂板及圍巖局部有滲水現(xiàn)象，經(jīng)測量涌水量小于0.92 m3/h，符合設(shè)計要求。280 大巷 4#水倉6#出水點(diǎn)未封堵前涌水量為121 m3/h，目前經(jīng)過4 個月觀測，殘余淋水量為 1.0 m3/h，堵水率 99.1%。

5 結(jié) 語

1）桑樹坪煤礦280 大巷6 號涌水點(diǎn)原涌水量為121 m3/h，經(jīng)過治理后殘余水量1 m3/h，減少涌水量120 m3/h，年可減少礦井涌水量105.12 萬m3，按1元/m3排水費(fèi)用計算，每年可減少礦井排水費(fèi)用在105 萬元以上。

2）通過對 280 大巷 6 號涌水點(diǎn)進(jìn)行治理，有效提升了礦井抗水災(zāi)能力，且該涌水點(diǎn)礦化度較低，水質(zhì)良好，可安設(shè)管道加壓泵直接對采區(qū)長期供水利用，關(guān)停 5 號水倉的井下供水電泵系統(tǒng)，達(dá)到節(jié)能減排。