燕子山礦近距離大斷面硐室水患治理技術

王 鎮(zhèn)

（晉能控股煤業(yè)集團有限公司燕子山礦，山西 大同 037037）

燕子山礦絞車硐室施工位置上覆存在本礦井早期開采的盤區(qū)空巷，隨著時間的延長，其空巷內(nèi)積水、積氣勢必給安全生產(chǎn)帶來較大的安全隱患[1]。為保證施工及后期設備使用的安全，特以此為背景，進行大斷面上覆空巷積水隱患治理研究。

1 工程概況

燕子山礦1035 東區(qū)材料暗斜井提升機硐室改造，井下位于侏羅系14-3#層309 盤區(qū)，東部為實煤區(qū)，南部為309 暗斜井，西部為1035 軌道巷，北部為實煤區(qū)。該硐室改造設計長度191.6 m，其中特大斷面絞車硐室的設計規(guī)格為長×寬×高=15 m×10 m×9.15 m，用于提升機及電控系統(tǒng)的改造；大斷面配電硐室的設計規(guī)格長×寬×高=52 m×5.9 m×3.9 m，為石炭系3#、4#、5#層及8#各個盤區(qū)的材料下放和提升服務。巷道布置平面示意圖如圖1。

圖1 巷道布置平面示意圖

2 水文地質(zhì)分析

2.1 水文地質(zhì)條件

（1）水文地質(zhì)類型

上覆有永定莊砂巖裂隙含水層和大同組層間裂隙含水層及采空區(qū)積水，在斷層破碎帶、陷落柱及隔水層薄弱帶存在底板突水問題，最大涌水量為5 m3/h，正常涌水量為3 m3/h。該工作面為大同組14-3 號煤層，對應的直接充水含水層為侏羅系大同組層間裂隙含水層，單位涌水量在0.34～0.42 L/s·m之間，富水性中等，有一定的補給水源。由于工作面煤層底板標高高于寒灰水水位168 m，故寒灰水對工作面無影響。同層采空區(qū)離巷道距離為70 m，影響不大。

（2）上覆采空區(qū)采掘及積水情況

工作面上覆對應采空區(qū)有12-1#層的盤區(qū)軌道、皮帶、回風三條大巷及兩條盤區(qū)輔助運輸巷，同時在工作面與絞車房貫通處斜上方有12-1#層8910 采空區(qū)以及14-2#層8901 采空區(qū)。在該區(qū)域12-1#層與14-2#層呈現(xiàn)分叉合并現(xiàn)象，其中工作面與上覆12#層盤區(qū)軌道巷層間距約為8～10 m，與14-2#層層間距約為6～8 m。該工作面為大同組14～3 號煤層，對應的直接充水含水層為侏羅系大同組層間裂隙含水層，單位涌水量在0.34～0.42 L/s·m 之間，富水性中等，有一定的補給水源。

2.2 水患分析

經(jīng)過鉆探驗證，絞車硐室距上覆輔運空巷的距離為4.52 m，配電硐室距上覆盤區(qū)巷的距離為9.6～11.17 m，受炮掘施工影響，層間裂隙發(fā)育，涌水通道良好。掘進過程中頂板淋水較大，尤其是掘進至上覆巷道對應位置時，如圖2 中A、B、C、D、E 各點時，淋水成線，最嚴重的是E 點，日排水量超50 m3。

圖2 層間對照示意圖

經(jīng)過前期鉆探及取水化驗，分析為上覆空巷積水，經(jīng)過一段時間放水之后，水量減少不大，判斷存在裂隙水補給。后期經(jīng)對早已封閉的上覆輔運巷啟封后實地查看，也驗證了這一判斷。

3 治理方案

上覆積水會增加該硐室頂板載荷，對于如此近距離的層間距無疑是一個不利因素。同時，層間裂縫發(fā)育破壞了頂板的整體性，淋水的不斷沖刷會進一步擴大這種破壞，對于后期頂板的維護勢必造成很大困難[2]。為了保證該硐室的安全使用，必須減少甚至解決硐室內(nèi)的頂板淋水，為配電硐室及絞車窩創(chuàng)造理想的使用環(huán)境。

3.1 治理方案

現(xiàn)場初步治理情況：在掘巷過程針對上述空巷下的幾個大的淋水點已經(jīng)施工了放水孔，經(jīng)過一段時間放水之后，其中C、D 兩處的水量減少明顯，只有局部淋水，而且不成線，其余地點淋水依舊很大。通過前期分析排查，考慮為上覆901 盤區(qū)巷及輔運巷積水，而且存在補給，單純的放水已經(jīng)解決不了問題[3]，只要補給在、通道在，就會一直影響該硐室的正常使用。在此基礎上針對性地采取“人為引導水源水下排+主動封堵過多通道”方案。

3.2 治理方案設計

（1）疏：分別在A、B、C、D、E 等水量較大的地點向上覆巷道施工Φ127 mm 放水孔，并安裝專業(yè)放水管將水引至排水溝排放[4]。

（2）堵：① 注馬麗散充填裂縫。經(jīng)現(xiàn)場探測，本硐室與上覆巷道的層間距為4.5～11 m 間，層間距較小，受采掘影響裂縫發(fā)育，成為了積水良好的通道。故而重點是將這些通道全部封堵，減少積水的涌出通道。經(jīng)過調(diào)研對比，綜合對比成本、效果、技術、現(xiàn)場條件及經(jīng)濟性，同時考慮到馬麗散是一種低黏度、雙組分合成高分子——聚亞胺膠脂材料，采用高壓灌注進行堵水時，當樹脂和催化劑摻在一起時反應（膨脹倍數(shù)為2～4 倍）、遇水產(chǎn)生二次滲壓（膨脹倍數(shù)為20～25 倍），本身反應或發(fā)泡生成多元網(wǎng)狀密彈性體的特征，將馬麗散壓入并充滿所有縫隙，從而達到止漏目的[5]。最后決定使用充填馬麗散來封堵裂縫。② 表面噴漿，封堵表面裂縫，減少外部條件對硐室表面的影響，同時通過噴漿將排水管固定、覆蓋，增加硐室的美觀及對管路的保護。噴漿厚度100 mm。③ 對上覆空巷注粉煤灰，在其底板形成一層隔水層，阻斷積水通過底板下流的可能。

4 現(xiàn)場治理效果

經(jīng)過治理后，上覆積水得到合理控制，基本均從各個放水孔中集中排放，其中C、D、E 三處的放水孔基本沒水。

通過跟蹤A、B 兩處出水點排水情況發(fā)現(xiàn)，在日排50 m3的情況下連續(xù)排放30 d 之后，排水量明顯減少。通過對上覆空巷積水線進行實測后，發(fā)現(xiàn)上覆積水基本消除，只是存在一些流動的補給水，目前的排水量基本穩(wěn)定在5 m3/d。

利用頂板窺視儀對其層間巖層進行窺視，層間裂隙基本被充填，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的出水點。通過噴漿有效地封堵了層間的淋水通道，硐室上覆頂板基本沒有明顯的出水點，之前滿斷面淋水的情況得到了根本的治理，整個硐室表皮基本均為干燥，巷內(nèi)基本沒有積水。

“疏+堵”相結(jié)合的技術方案有效地消除上覆積水隱患，提升了硐室掘進的安全性和施工效率的同時，也保證了該硐室的正常使用，提高了硐室內(nèi)設備的使用安全及服務年限。

5 結(jié)論

通過“疏+堵”相結(jié)合的技術方案達到合理治理上覆水患的目的：

（1）針對有補給條件的近距離水患的治理，堅持以排為主，人為通過放水孔增加水流通道，減少上覆積水范圍，通過技術方案，實現(xiàn)了人為控制積水排放的途徑，達到合理控制水患的目的。

（2）發(fā)揮馬麗散粘結(jié)作用，將近距離裂隙發(fā)育的頂板粘結(jié)成整體，提升頂板穩(wěn)定的同時，最大限度地利用馬麗散的封堵作用，尤其是遇水二次滲壓，增加膨脹倍數(shù)的性能，以較少的量，取得較大的封堵效果，真正起到封堵通道，保護頂板，有效地提高了硐室的使用安全的目的。

（3）通過向空巷內(nèi)注粉煤灰，起到隔斷積水的作用，有效地防止積水對空巷底板及層間距巖層的破壞，阻斷積水任意流散的同時人為創(chuàng)造排水通道引流至放水孔。