井筒過廢棄巷道段防治水方案的選擇與優化

洪銘

（四川省煤炭設計研究院，四川 成都 610091）

0 引言

井筒注漿加固當前是一項成熟可靠的技術，前人研究成果、實踐經驗豐富，如王輝[1]根據以往破裂井壁治理技術經驗，對井筒破裂采取了相應治理技術（注漿加固、開設卸壓槽和架設井圈等），劉瑞強等[2-7]也對井筒注漿加固方案與施工工藝進行了相關論述，楊坪等[8]研究了巷道注漿加固作用機理及計算模型。

1 概況

楠木寺煤礦生產規模為450 kt/a，采用立井+斜井綜合開拓方式，準采高炭煤層，現開采+50 m、0 水平。

楠木寺井生產規模為180 kt/a，采用斜井開拓方式，準采硬炭煤層，現主要開采+250 m 水平北翼資源。南翼+250 m 標高以下形成大量積水區，面積53.24 萬m2，積水量約10.6 萬m3，最低標高約+176 m，水頭74 m（壓力約0.74 MPa）。

楠木寺井與楠木寺煤礦平面范圍重合，但兩礦開采煤層不一致，硬炭煤層位于高炭煤層以上170～190 m。

2 已有方案的選擇與分析

楠木寺煤礦+474 m 進風斜井從楠木寺井東側邊界4102 采面穿過，4102 采面北回風巷下端已超過+474 m 進風斜井31.6 m。兩巷平面交叉A 點處楠木寺煤礦+474 m 進風斜井底板標高+183.104 m，楠木寺井巷道頂板標高+177.171 m，高差僅為5.933 m（楠木寺煤礦+474 m 進風斜井位于上方）。在4102 采面下部過水巷62 m 處，楠木寺井過水巷頂板標高+177.908 m、底板標高+176.108 m，楠木寺煤礦+474 m 進風斜井底板標高+154.662 m、頂板標高+157.962 m，+474 m 進風斜井頂板與楠木寺井過水巷底板高差為18.146 m，+474 m 進風斜井從楠木寺井4102 采面下部貫穿硬炭煤層，如圖1 所示。

圖1 楠木寺煤礦進風斜井與楠木寺井4102 回風巷位置關系平、剖面圖Fig.1 Plane and section diagram of positional relationship between air inlet inclined shaft and No.4102 return air roadway in Nanmusi Mine

楠木寺井4102 工作面留設84 m 保護煤柱，并在4102 工作面開切眼E 點、4102 北回風巷F 點各施工了2 道擋水墻，間隔分別為20 m、15 m。隔水墻樣式（圓柱式）如圖2 所示。

圖2 已砌筑的隔水墻樣式Fig.2 Masonry water-seal wall style

雙鷹楠木寺井當前+250 m 標高以下已全部采空，并且在密閉處已經發現有水涌出，表明采空區處于蓄滿水狀態，積水區最低標高約+176 m，水頭74 m（壓力約0.74 MPa），楠木寺井剩余服務年限約4.3 a，當楠木寺井關閉后，井下積水水頭將達到270 m（壓力約2.70 MPa）。據GB51070-2014，當防水閘門（墻）承受水壓不大于1.6 MPa 時，可選用圓柱型、楔形結構樣式，當防水閘門（墻）承受水壓大于1.6 MPa 時，可選用倒截錐形結構樣式。

由此可見，當雙鷹楠木寺井關閉并蓄滿水后，原設計采用圓柱型防水閘門（墻）顯然是不符合相關規范要求的。

3 現補充防治水方案的選擇

為了預防楠木寺井關閉后，井下涌水可能沖潰隔水墻對煤礦形成突水威脅，該礦進風斜井治水方案可采用注漿封堵、重新砌筑隔水墻和疏排3 種治水方案予以選擇。

（1）疏排方案。楠木寺煤礦進風斜井施工放水孔，將楠木寺井積水進行疏放，最終通過南光楠木寺煤礦排出礦井。

（2）注漿方案。鑒于雙鷹楠木寺井+210 m 水平以下已經采空，注漿堵水應從南光楠木寺進風斜井施工，沿井筒連同周邊煤柱、巖柱形成整體阻水帷幕。

（3）重新砌筑隔水墻。在原隔水墻附近，重新設計隔水墻的樣式，再分別砌筑一道隔水墻。

方案1 預計新增直接排水費用約23.6 萬元，后期額外增加排水直接電費約19 萬元/a，對地下水資源的疏干、地下水位下降影響也較大；方案3需貫通廢棄巷道，瓦斯、頂板危害治理難度大，隔水墻施工和巷道維修將可能對圍巖再次擾動，誘發突水事故、威脅作業人員安全。

經物探探測，楠木寺4102 開切眼隔水墻目前情況良好，若通過灌漿填筑該區域，將大幅提高隔水墻抗壓能力。連同已留設井筒保護煤柱，以達到堵截楠木寺采空區積水的目的。因此，設計綜合比較推薦采用方案2。

4 注漿堵水方案設計

4.1 廢棄巷道注漿填實

楠木寺煤礦進風斜井+174.854 m 標高施工1號鉆場，鉆場斷面積3 m×3 m，采用錨噴支護方式。施工14 個鉆孔，其中先施工T1 鉆孔，安設止水套管、壓力表、閥門等裝置，作為探放水鉆孔，終孔孔徑一般取75 mm，終孔孔位盡量位于排水巷巷道下部或底部，并保持向上正角度（確保自流排水），初步查明廢棄巷道積水情況，若有積水則視水壓、水量情況進行控制性提前疏放。待確認積水已排出或無積水后，再施工其余13 個鉆孔（編號1-1～1-5、2-1～2-8）灌注4102 北回風巷、排水巷，相鄰鉆孔終孔間距約10 m，并確保鉆孔終孔位于廢棄巷道上部（越接近巷道頂部越好）。各鉆孔施工布置形式及參數如圖3、圖4、表1。

表1 注漿填實廢巷鉆孔參數表Table 1 Drilling hole parameters table of abandoned roadway filled by grouting

圖3 注漿封堵鉆孔布置示意Fig.3 Grouting plugging drilling holes layout schematic

圖4 鉆場鉆孔布置示意Fig.4 Drilling holes layout schematic in drilling site

此次方案設計考慮至少二次注漿，第一次灌注時添加碎石（由于鉆孔開孔直徑為120 mm、終孔直徑為108 mm，碎石最大粒徑不得大于30 mm），灌注強度等級不應低于C15 素混凝土。實際過程中應視廢棄巷道積水情況調整水的比例、添加速凝劑等，并保證素混凝土具有一定流動性。若填實率不滿足要求，應考慮二次、三次注漿，每注漿間隔不得小于24 h，保證漿液有足夠凝固時間，為增加流動性，考慮灌注M15 水泥砂漿。廢棄巷道灌注素混凝土、水泥砂漿后，確保填充率不低于95%。

4.2 井筒圍巖封堵加固

此次注漿堵水加固考慮范圍為楠木寺煤礦+474 m 進風斜井斜長678 m 處～753 m 處（斜長約75 m 段），對應井筒底板標高為+187.653 —+155.957 m，垂高約31.696 m。

注漿孔布置方式一般垂直井筒頂、底板及兩幫方向均勻布置，排間距3 m，除第17 排布置有8個鉆孔（相鄰鉆孔之間夾角為45°），煤層底板方向（1～16 排）僅布置頂板方向鉆孔，煤層頂板方向（18～26 排）僅布置底板方向鉆孔，相鄰排鉆孔錯開布置，其中，第21、22 排鉆孔因臨近4102北回風巷，注漿孔孔深5 m，其余孔深3 m，如圖5 所示。布置鉆孔總數26 排、共112 個注漿孔。

圖5 進風斜井注漿加固段施工斷面Fig.5 Construction section of air inlet inclined shaft in grouting reinforcement section

總施工順序為自下而上，先施工最低點（斜長753 m 處），向上施工至斜長約678 m 處，單排鉆孔施工順序為對側布置施工，相鄰注漿孔兼作觀測孔。

5 注漿量統計與注漿效果評價

經現場實際施工，注漿封堵廢棄巷道共施工2個鉆場、37 個鉆孔，累計進尺719 m，進風斜井由于圍巖較完整，注漿效果較差，未再單獨施工。

共消耗水泥202 t、河砂245 t、石粉523.5 t、米石459.2 t。經鉆孔壓水試驗，封堵情況較好，巷道封堵率達到了設計要求。

廢棄巷道封堵前，進風斜井井筒涌水量5～10 m3/h，封堵后進風斜井井筒涌水量2～3 m3/h，由此可見，廢棄巷道的封堵不僅明顯加固了楠木寺井積水區域與進風斜井之間圍巖的強度，使隔水墻、封堵混凝土巷道、圍巖形成了統一的隔水體，有效預防楠木寺井關閉后可能從隔水墻、廢棄巷道對進風斜井的潰水、透水威脅，減小了進風斜井井筒涌水量（遞減率60%～70%）。

6 結語

本文針對進風斜井穿過廢棄巷道區域時可能面臨的水患威脅，采取了注漿封堵廢棄巷道、注漿加固圍巖相結合的預防措施，與傳統的疏排、重新施工隔水墻等方案相比，技術上可行、經濟上合理，更安全可靠。經現場施工、檢驗，取得了較好的治理、預防效果，在相似條件礦井防治水設計中具有一定適用性。