四臺礦303 盤區采空區防治水設計方案研究與應用

谷松

（晉能控股煤業集團 四臺礦，山西 大同 037000）

1 概況

四臺礦303 盤區附近有9 座小窯采空及采空區，8、11、14 號層已全部回采完畢，根據目前盤區巷道內的頂板淋水及各層位的采空范圍情況推測，303 盤區上覆各層位采空積水量合計約398.7萬m3。近年來303 盤區通過已有的2 套6 寸地面直排系統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 盤區的積水鐵、錳離子含量嚴重超標，水質不符合環保要求，需要停止直排系統排水，影響303 盤區水位穩定，存在安全隱患。303 盤區現日均排水量4840 m3，日補給量5140 m3。四臺礦計劃在14 號層303 盤區3 條巷口施工地面注漿堵水孔，隔絕14 號303 盤區積水通過3 條盤區巷滲出，防止發生突水事故。

2 設計方案

采用防治水五項防治措施中的堵，對303 盤區涌水的巷道進行密閉封堵，采空墻底埋設排水管路及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，保證封堵質量。

2.2 注漿孔布置

采用XY-4 型鉆機及其配套設備2 臺套進行施工，根據井上下對照測量成果，確定孔位，經復測誤差不超過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。

注漿孔采用二開結構，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，注漿作業總工作量為2592 m3，詳見表1。

表1 注漿作業工作一覽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，水泥采用符合相關規定的32.5 號普通硅酸鹽水泥。根據以往在煤礦巷道注漿施工經驗，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

根據鉆探施工觀測結果顯示，在120～300 m孔深范圍內，巖層的裂隙帶發育，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注。根據以往注漿實踐經驗，確定注漿段的高度為25 m。由于漿液在采空區的擴散距離一般為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。根據現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，由于采空區附近巖層破碎現象比較嚴重，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），先下鉆探測巷道內水泥高度，再行注漿，直至巷道封堵嚴實。巷道封堵結束后，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 號檢查孔的設計深度和終孔深度均為260 m，在鉆進過程中，孔內有少量沖洗液漏出，但沒有出現大量沖洗液消耗，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，孔內出現少量返水，但沒有見軟，在掘進到240 m 時，孔內出現大量的煤灰，說明注漿已達到該位置。

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

注漿加固前303 盤區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 盤區工程費用合計為117 萬元，詳見表3。通過對303 盤區注漿封堵，有效隔絕了14 號303 盤區積水通過3 條盤區巷滲出，解決了303 盤區水患問題，目前303 盤區日排水量平穩，盤區水位穩定，每年可節省資金356.4 萬元。

4 結論

根據四臺礦實際情況，對該礦303 盤區涌水的巷道進行密閉封堵，采用采空墻底埋設排水管路及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，保證封堵質量。采用鉆探方法進行效果檢驗，通過對303 盤區注漿封堵，有效隔絕了14 號303 盤區積水通過3 條盤區巷滲出，解決了303 盤區水患問題，盤區水位穩定，每年可節省資金356.4 萬元。