四臺礦303 盤區(qū)采空區(qū)防治水設(shè)計方案研究與應(yīng)用

谷松

（晉能控股煤業(yè)集團 四臺礦，山西 大同 037000）

1 概況

四臺礦303 盤區(qū)附近有9 座小窯采空及采空區(qū)，8、11、14 號層已全部回采完畢，根據(jù)目前盤區(qū)巷道內(nèi)的頂板淋水及各層位的采空范圍情況推測，303 盤區(qū)上覆各層位采空積水量合計約398.7萬m3。近年來303 盤區(qū)通過已有的2 套6 寸地面直排系統(tǒng)及井下地溝進行同時排水，最大排水能力為5500 m3/d。但由于303 盤區(qū)的積水鐵、錳離子含量嚴重超標，水質(zhì)不符合環(huán)保要求，需要停止直排系統(tǒng)排水，影響303 盤區(qū)水位穩(wěn)定，存在安全隱患。303 盤區(qū)現(xiàn)日均排水量4840 m3，日補給量5140 m3。四臺礦計劃在14 號層303 盤區(qū)3 條巷口施工地面注漿堵水孔，隔絕14 號303 盤區(qū)積水通過3 條盤區(qū)巷滲出，防止發(fā)生突水事故。

2 設(shè)計方案

采用防治水五項防治措施中的堵，對303 盤區(qū)涌水的巷道進行密閉封堵，采空墻底埋設(shè)排水管路及U 型觀測管等手段，對采空積水集中排放，并能夠隨時觀測墻內(nèi)水位變化情況。

2.1 總體施工方案

為保證巷道封堵嚴實，在每條巷道沿巷道中線布置2 個鉆孔，分次注漿，通過水泥漿互相擠壓，保證封堵質(zhì)量。

2.2 注漿孔布置

采用XY-4 型鉆機及其配套設(shè)備2 臺套進行施工，根據(jù)井上下對照測量成果，確定孔位，經(jīng)復(fù)測誤差不超過10 cm。每條巷道沿巷道中線布置2 個注漿孔，各注漿孔均透入巷道，每孔深度約220 m，鉆孔間距20 m，以封堵巷道20 m。

注漿孔采用二開結(jié)構(gòu)，一開用φ146 mm 鉆頭開孔，鉆至完整基巖2 m 后，下入φ127 mm 孔口管；二開變徑為108 mm 鉆至終孔。鉆孔遇塌孔、掉塊或卡鉆無法鉆進時，可采用跟管鉆進或采用注漿法處理，然后再鉆進。

2.3 主要工作量

每條巷道布置注漿孔2 個，3 條巷道共設(shè)計鉆孔6 個，每孔深度為220 m，鉆探總進尺為1320 m。每條巷道需要的主要施工材料為水泥950 t、水玻璃19 t，合計封堵3 條巷道，注漿作業(yè)總工作量為2592 m3，詳見表1。

表1 注漿作業(yè)工作一覽Table 1 Grouting work overview

3 注漿工程實踐

3.1 注漿材料及配比

水泥漿液以水灰比0.5∶1～1∶1 的比例配置，并加入干水泥重量的2%的水玻璃，水泥采用符合相關(guān)規(guī)定的32.5 號普通硅酸鹽水泥。根據(jù)以往在煤礦巷道注漿施工經(jīng)驗，巷道注漿延伸范圍一般30 m，封堵20 m 巷道，計算漿液段長度為20+30+30 m，巷道高為2.7 m，寬度為4 m，1 條巷道注漿量為864 m3，水泥漿比重按1.75 g/cm3計，所需水泥量為950 t。水玻璃模數(shù)宜為2.4～3.0，濃度不低于30～40°Bé（波美度）。水玻璃用量為干水泥重量的2%，約為19 t。

3.2 注漿參數(shù)

根據(jù)鉆探施工觀測結(jié)果顯示，在120～300 m孔深范圍內(nèi)，巖層的裂隙帶發(fā)育，因此采用分段注漿的方式，鉆孔每鉆進一段進行一次注漿，由外向里依次進行，終孔后，再由下向上進行分段復(fù)注。根據(jù)以往注漿實踐經(jīng)驗，確定注漿段的高度為25 m。由于漿液在采空區(qū)的擴散距離一般為5～50 m，在注漿孔的有效擴散半徑為20～25 m 時，充填效果較好。根據(jù)現(xiàn)場的注漿試驗確定注漿壓力，一般來說，注漿壓力越大，漿液的擴散半徑越大，注漿效果就越好，由于采空區(qū)附近巖層破碎現(xiàn)象比較嚴重，因此確定注漿終壓為1.0～1.5 MPa。

3.3 注漿施工

注漿前應(yīng)將鉆桿下至巷道底部，探明孔底深度，并開泵送清水沖開孔底淤積的泥、砂等。注漿分多次進行，注漿時將鉆具提留巷道底部1 m，開泵兩孔同時泵入水泥漿，每次注漿結(jié)束后要提鉆沖洗鉆具。待水泥初凝后（4～6 h），先下鉆探測巷道內(nèi)水泥高度，再行注漿，直至巷道封堵嚴實。巷道封堵結(jié)束后，用水泥漿將各注漿孔全孔封閉。

4 效果分析

為了驗證注漿效果，采用鉆探方法進行效果檢驗，并對注漿加固前后的工程費用進行對比分析，最終對注漿加固效果進行評價。

注漿效果檢驗確定2 個檢查孔，其中1 號檢查孔的設(shè)計深度和終孔深度均為260 m，在鉆進過程中，孔內(nèi)有少量沖洗液漏出，但沒有出現(xiàn)大量沖洗液消耗，進尺正常。在掘進246 m 時，沖洗液中夾雜大量的煤灰，說明漿液已達到該位置。2 號檢查孔在掘進到155 m 時，沖洗液完全耗盡，在掘進到158 m 時，孔內(nèi)出現(xiàn)少量返水，但沒有見軟，在掘進到240 m 時，孔內(nèi)出現(xiàn)大量的煤灰，說明注漿已達到該位置。

在鉆進過程中，2 個檢查孔內(nèi)均沒有出現(xiàn)明顯的掉鉆或異常進尺等現(xiàn)象。因此，可判定檢查孔附近巖層的充填效果明顯，存在大量注漿結(jié)實體，鉆孔的充填率能達到85%以上，說明注漿參數(shù)選擇合理，注漿加固效果較好。

注漿加固前303 盤區(qū)直排泵房每年費用合計為356.4 萬元，詳見表2。

表2 注漿加固前303 盤區(qū)直排泵房年費用Table 2 Annual cost of 303 panel pumping station before grouting reinforcement

注漿加固后303 盤區(qū)工程費用合計為117 萬元，詳見表3。通過對303 盤區(qū)注漿封堵，有效隔絕了14 號303 盤區(qū)積水通過3 條盤區(qū)巷滲出，解決了303 盤區(qū)水患問題，目前303 盤區(qū)日排水量平穩(wěn)，盤區(qū)水位穩(wěn)定，每年可節(jié)省資金356.4 萬元。

4 結(jié)論

根據(jù)四臺礦實際情況，對該礦303 盤區(qū)涌水的巷道進行密閉封堵，采用采空墻底埋設(shè)排水管路及U 型觀測管等手段，為保證巷道封堵嚴實，在每條巷道沿巷道中線布置2 個鉆孔分次注漿，通過水泥漿互相擠壓，保證封堵質(zhì)量。采用鉆探方法進行效果檢驗，通過對303 盤區(qū)注漿封堵，有效隔絕了14 號303 盤區(qū)積水通過3 條盤區(qū)巷滲出，解決了303 盤區(qū)水患問題，盤區(qū)水位穩(wěn)定，每年可節(jié)省資金356.4 萬元。