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(jì)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(jì)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(yàn)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(jì)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(shí)，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(shí)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(xiàng)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(jì)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(shí)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(shí)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(shí)。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(shí)驗(yàn)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(jì)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(xiàng)目開始啟動，11 月 5 日竣工并組織驗(yàn)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(jì)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(jì)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。