軟巖淋水煤倉綜合治理技術研究與應用

任廣信

（冀中能源股份有限公司 章村礦，河北 邢臺 054100）

0 引 言

煤倉作為井下煤炭儲存緩沖硐室，在煤炭開采過程中發揮著重要作用，一是將煤炭實現集中時段運輸，有效提高轉運效率；二是在外圍系統發生故障或檢修時，煤倉可以起到緩沖作用，不影響采區生產。根據圍巖穩定性及礦井生產能力的大小，煤倉可設置成垂直式和傾斜式兩種。傾斜式煤倉一般采用拱形斷面，傾角在60°以上，適用于圍巖穩定性好、開采單一煤種或開采多煤種但不要求分采分運的中小型礦井；垂直式煤倉一般為圓形斷面，適用于圍巖穩定性較差、可以分裝分運的大型礦井，垂直式煤倉由于其受力均勻，抗變形能力強，得到廣泛應用。

1 工程條件

章村礦4226 采區煤倉位于章村礦四井西翼-200 水平4226 采區下部，26 采區皮帶下山與-350 大巷交匯處，主要擔負4226 采區出煤任務。煤倉為垂直式煤倉，直徑5.0 m，垂高15.0 m，下部為圓錐形收口，初始施工時為錨噴支護。煤倉倉體圍巖從上至下分別為細砂巖、鋁土質泥巖、粉砂質泥巖，4226 采區煤倉位置如圖1 所示，巖性情況及厚度見表1。

表1 4226 采區煤倉巖性情況Table 1 Lithology of coal bunker in 4226 mining area

圖1 4226 采區煤倉位置示意Fig.1 Coal bunker of 4226 mining area

2 煤倉變形破壞情況及變形機理分析

2.1 煤倉變形破壞情況

4226 采區煤倉自2015 年以來，在煤倉東側倉壁不間斷的出現渣塊脫落現象，煤倉下口圓錐形體由于受長期空倉運行原煤自由落體沖擊影響，導致下部圓錐體亦陸續破壞，圓錐體澆筑的道軌大部分脫落。同時，在倉壁部分脫落時，非常容易造成堵倉，處理堵倉時，往往采取爆破的方法，爆破過程中，進一步對下部圓錐體造成了破壞。經現場實測，煤倉東側由于倉壁脫落形成了一個寬度6.0 m、深度5.0 m、高度8.0 m 的大坑。下部錐體受沖擊影響，錐體已完全破壞，錐體口直徑平均在4.0 m 左右，快接近煤倉直徑，煤倉破壞情況如圖2 所示。

圖2 煤倉破壞實測Fig.2 Measurement of bunker failure

2.2 煤倉變形破壞機理分析

2.2.1 工程地質與水文地質原因分析

煤倉圍巖從上至下依次為細砂巖、鋁土質泥巖、粉砂質泥巖，鋁土質泥巖厚度達6.0 m，鋁土質泥巖為遇水泥化巖層，巖性較軟，不利于支護。煤倉上部為砂巖含水層，長期向倉內滴淋水，據實測正常涌水量在3 m3/h，砂巖含水層出水沿倉壁裂縫向鋁土質泥巖層滲透，導致鋁土質泥巖層泥化后脫落，且隨著脫落范圍的增大，脫落速度越來越快，嚴重影響煤倉的安全使用。

2.2.2 煤倉施工原因分析

正常情況下，煤倉施工一般采用反井法施工，即先用鉆機在從上部向下打一鉆孔與下部硐室鉆透，然后裝上反井鉆頭自下向上刷大。但該煤倉施工時采用自上至下爆破法施工，爆破過程中由于震動影響，使倉壁圍巖產生裂隙；且4226 采區煤倉支護采用錨網噴支護，錨桿為φ22 mm、長3.0 m高強度螺紋鋼錨桿，噴射混凝土封閉，支護僅對淺部圍巖進行了支護，未采用錨索進行深部加強支護，導致支護強度不高。另外，煤倉施工時，未采取任何防水措施，導致煤倉涌水直接流入倉內，影響煤倉正常使用。

2.2.3 生產管理上原因分析

4226 采區煤倉自投入使用后，由于淋水的逐漸增大和采區原煤含水量較大，導致煤倉后來不能正常存煤，一直處于空倉運行狀態。空倉運行時，原煤自上部皮帶卸載滾筒處自由落體至下部錐體上，原煤直接沖擊倉壁和錐體，導致下部錐體道軌脫落、下部倉壁噴漿體被砸壞后開始脫落，導致支護錨桿失效，圍巖松動脫落，加上上部淋水順倉壁流入已松動的鋁土質泥巖層，造成鋁土質泥巖泥化后脫落。同時，煤倉運行過程中，有時下口由于大塊造成堵倉，而處理堵倉時，往往采取放炮崩的方式，加劇煤倉變形破壞速度。

3 煤倉綜合治理

3.1 采區出煤系統改造

為確保采區生產正常進行，同時為煤倉治理創造條件，煤倉施工前提前對采區出煤系統進行改造，通過利用采區下部的聯絡巷以及下部巷道布置條件，在聯絡巷內鋪設一部刮板輸送機，同時，在采區軌道下山下部鋪設兩部刮板輸送機搭接到-350 大巷強力皮帶，將皮帶機頭卸載部縮短至聯絡巷口處，實現對出煤系統的改造，如圖3 所示。

圖3 采區出煤系統改造示意Fig.3 Transformation of coal extraction system in mining area

3.2 煤倉倉壁加固

3.2.1 錨噴支護

從煤倉上口自上而下采用φ22 mm、長3.0 m高強度螺紋鋼錨桿配合金屬經緯網、φ14 焊接鋼筋梯子梁進行加固，錨桿間排距800 mm×800 mm，梯子梁十字形布置，要求錨桿扭矩達到300 N·m 以上，抗拔力達到127 kN 以上。對倉壁脫落段懸頂處，在錨桿加固基礎上，采用φ21.8 mm、長8.3 m 鋼絞線錨索進行加強支護，錨索排距0.8 m，間距1.2 m，確保懸頂處的支護強度。支護布置如圖4 所示。施工完畢后噴混凝土封閉。

圖4 煤倉錨桿及懸頂處錨索布置Fig.4 Arrangement of coal bunker anchor rod and anchor cable at overhanging roof

3.2.2 注漿錨索支護

（1） 支護原理。針對煤倉軟巖段巖性裂隙發育、遇水易泥化的特點，采用中空注漿錨索對該層進行加固封閉，同時注漿可有效封閉出水通道，起到堵水作用。中空注漿錨索采用中空設計，該錨索自帶注漿芯管，采用反向注漿方式，消除了產生氣穴空洞的可能，注漿擴散半徑可達5~ 8 m，使漿液充填到松動的圍巖裂隙中，形成一個較大范圍的圍巖加固拱，有效地提高了錨索與圍巖共同支護的加固效果，充分體現了主動支護理論的積極作用。

（2） 支護參數設計。煤倉注漿錨索采用直徑21.8 mm、長6.3 m、抗拉強度在1 860 MPa 以上的中空注漿錨索，注漿管直徑10 mm，中空注漿錨索包括錨索索體、止漿塞、托盤、鎖具等，托盤為300 mm×300 mm×17 mm（長×寬×厚） 鋼制托盤，采用樹脂藥卷CK2335、Z2360 各一卷端頭錨固，錨固長度不能超過1.5 m，以免堵塞注漿管口，錨索間排距1.5 m×1.5m，如圖5 所示。根據煤倉倉壁巖性分布情況，注漿錨索主要布置在鋁土質泥巖段，實現對該段的注漿加固和封堵。

圖5 煤倉倉壁注漿錨索布置方式Fig.5 Arrangement of grouting anchor cable for coal bunker wall

（3） 注漿錨索施工工藝。打眼和安裝施工與普通錨索施工一樣，先采用錨桿機鉆出30 mm 孔徑的錨索孔，之后及時采用樹脂錨固劑對錨索進行安裝，為防止塌孔后錨索無法安裝，錨索安裝工作要在打眼后立即進行。待錨固劑凝固后安裝止漿塞，并上托盤漲拉，達到承載力。之后采用水泥-水玻璃進行注漿，水泥- 水玻璃注漿材料具有漿液凝膠時間可準確控制、結石率能達到100%、結石抗壓強度能達到10～20 MPa、材料來源豐富、價格便宜等特點。因此，煤倉注漿時采用425 號普通硅酸鹽水泥，水灰比1∶1，水玻璃添加比例為水泥重量的8%～15%，注漿壓力不小于3.0 MPa，不超過5.0 MPa。根據注漿吃漿情況，可隨時調整水灰比和添加劑比例，保證注漿效果。

注漿過程中，要緩慢啟動注漿泵，邊攪拌邊注漿，防止漿液沉淀，密切關注注漿壓力變化情況，如壓力超過規定值時要及時停止注漿，分析原因是否為已注滿或是注漿管堵塞。注漿時，要安排專人觀察煤倉倉壁以及煤倉下部跑漿情況，如出現跑漿現象，應及時停止注漿，采取措施封堵跑漿通道后再開泵注漿。

3.3 煤倉涌水治理

3.3.1 煤倉治水方案的確定

根據觀測，煤倉上部硐室底板有部分出水，通水倉壁出水點分散，且出水點多，總涌水量在3 m3/h 左右，因此，通過分析認為，采取直接封堵出水點可能效果不佳，需采取疏、堵、截相結合的綜合治水技術。

3.3.2 明挖水溝

通過分析煤倉出水通道，煤倉涌水大部分位于上部砂巖含水層位，由于該層靠近煤倉上部硐室底板，在硐室東側有一部分出水較為集中，因此，在煤倉上部硐室東側底板開挖一寬500 mm，深度1.0 m 的水溝，水溝底板采用混凝土澆筑，使部分涌水直接流入水溝內，通過水溝流入煤倉聯絡巷內，使其不再流入煤倉，減小水量約0.5 m3/h 左右。

3.3.3 注漿堵水

根據觀察，煤倉倉壁淋水分散，說明煤倉倉壁裂隙較發育，因此通過施工注漿錨索，注漿錨索如前所述，注漿錨索不僅起到加固圍巖的作用，同時，對倉壁發育的裂隙進行有效封堵。注漿后，倉壁堵水效果明顯，水量減小約1.0 m3/h 左右。

3.3.4 截水槽截水

在煤倉倉壁最后噴漿封閉時，煤倉倉壁仍有幾個集中出水點，對這一部分出水，通過制作截水槽將涌水匯集，之后在倉壁預埋一根2 寸鋼管，將涌水匯集到鋼管內，在倉壁開挖一暗溝，將鋼管埋入暗溝內，鋼管下部直接通到煤倉下部硐室，最后噴漿封閉。通過截水，煤倉約1.0 m3/h 左右的涌水通過暗管直接排至下口，不再流入煤倉。

通過以上綜合治水措施，煤倉大部分涌水不再流入倉內，滿足了煤倉正常存煤要求。

4 效果分析

在4226 采區煤倉治理加固過程中，在倉壁施工錨桿220 根，加固錨索36 根，注漿錨索60 根，共注水泥3.7 t。煤倉倉壁軟巖段施工時，發現個別錨桿施工困難，塌孔嚴重，說明該處圍巖受長期淋水影響，圍巖極其松軟，因此，注漿時，在該處兩側布置注漿錨索注漿加固，通過注漿提高軟巖強度，以提高起承載性能。4226 采區煤倉經過綜合治理加固后，煤倉變形得到有效控制，再未發生倉體脫落現象，同時，大部分涌水得到治理，倉壁出水量減小到0.5 m3/h 左右，實現了煤倉的正常存煤運轉。

5 結 論

通過分析煤倉圍巖性質、煤倉破壞原因以及對煤倉出水點進行綜合分析，運用淺部錨噴加固、深部注漿加固、疏堵截綜合治水等方式，實現了煤倉的加固及涌水治理，保證了煤倉安全正常運行。

（1） 通過利用下部巷道布置條件，合理的改造了運煤系統，保證采區正產正常運轉的同時，為煤倉治理創造了施工條件。

（2） 淺部錨噴、深部注漿錨索的加固方式，將煤倉抗變形承載能力大大增強，特別是軟巖段通過深孔注漿的方式，提高了軟巖強度，使該段圍巖抗變形能力大大提高。

（3） 通過在懸頂處加打錨索的方式，有效提高了懸頂處的支護強度，保證了支護質量；

（4） 通過上部疏水、倉內注漿堵水和倉壁截水槽截水的方式，有效減少了煤倉倉壁涌水量，實現了煤倉正常存煤運轉。