檸條塔煤礦注漿堵水工程及效果

崔邦軍

(陜西省煤田地質局一八五隊，陜西 榆林719000)

2007年3月，檸條塔煤礦1號副斜井巷道底板在修復過程中，巷道575 m到595 m處發生嚴重突水，突水量大于250 m3/h，因水壓過大，并且使595～620 m處巷道底板出現底鼓現象。其主要突水巷道底板標高為1 128.05～1 130.45 m，截至4月29日井下水位已上漲至巷道507.50 m，即標高1 138.24 m。貴礦已經采取了增加井下抽排水能力、井下施工減壓泄水鉆孔、底板注漿等措施，收效甚微。為了徹底解決水患，恢復井下生產。對檸條塔煤礦1號副斜井突水區水文地質條件、充水水源、充水通道、充水強度進行了分析對比，查找透水原因，提出了注漿堵水及圍巖加固方案，實施后取得了較好的效果。

1 煤礦突水原因

充水水源:燒變巖裂隙孔隙含水層是井巷充水的主要來源，當井巷工程揭露裂隙與其相通時，使其成為直接充水水源。

充水通道:井巷揭露的細粒砂巖裂隙及破碎帶裂隙是充水的主要通道，其次為原生結構面。

充水強度:井巷充水強度主要決定于井巷揭露巖性(細粒砂巖)的裂隙發育程度，水位上漲后水壓提高以及井巷距儲水構造的距離。

檸條塔煤礦2005年9月及2006年7月的地面注漿及井下注漿工程完工后，本次突水區(段)以上兩次注漿工程均未涉及此段，為井巷唯一的充水通道。由于河西煤礦井下擋水墻關閉放水閥門，3－1煤層燒變巖裂隙孔隙地下水水位緩慢恢復性上漲后，水壓增大，巷道與細粒砂巖的裂隙及破碎帶裂隙聯通后出現的突水現象。因此，本次突水的主要原因為修復大巷時巷道突水區與3－1煤層燒變巖裂隙孔隙含水層水力聯系密切，相互連通所致。

2 注漿堵水工程

2.1 2005年1號副斜井穿越含水層注漿堵水工程

根據勘察資料，按副斜井底板混凝土面以上部分掘進高度為4.5 m，以下部分掘進高度為0.5 m，以井筒底板混凝土面為準，井筒穿越燒變巖含水層段標高為 +1144.09 m－+1133.79 m。按副斜井傾角5040'計算，穿越含水層長度為129.29 m。”2005年9月29日根據施工的取芯鉆孔揭露情況，后應業主要求總注漿長度增加為178.00 m。該工程自2005年9月18日開工，2005年11月6日完工，共完成鉆孔鉆探總進尺 8 145.58 m，其中合同量 6 693.25 m，變更為1 452.33 m;共完成注漿主材水泥量4 287.25T，其中合同量2 917.25T，變更量1 370 T。實際注漿段位置為井筒430～608 m，注漿層段高度為2－2煤層火燒巖底板下0.5 m到巷道頂板上部10 m。經有關部門驗收及副斜井掘進證明，本工程達到設計目的，工程效果良好。

2.2 2006年1號副斜井653 m突水區注漿堵水工程

檸條塔煤礦1號副斜井2006年5月31日掘進至665 m(H=1 122.41 m)時，在井筒653 m(H=1 123.19 m)處巷道底板出現少量涌水，泵排水量12.5 m3/h，隨后涌水量逐漸增大，水位漸漸上升，6月29日巷道泵排水量超過300 m3/h，水量有增無減，6月30日水位上漲至1 130 m左右。6月29日檸條塔煤礦委托我公司編制堵水方案，7月2日檸條塔煤礦在神木召開會議，審查并通過了我公司編制的施工方案。該方案設計注漿孔48個，孔距3 m。本期工程自2006年7月7日開工，2006年8月4日完工，根據設計方案及現場確定共完成鉆孔27個(其中一期鉆孔共15個、一期備用6個，二期鉆孔6個)，鉆探總進尺2 365.42 m;共完成注漿主材水泥量1 284.75T。實際注漿段位置為井筒665～644 m，注漿層段高度為2－2煤層火燒巖底板下5 m到3－1煤層底板下3 m。本工程施工前井筒最大涌水量為470 m3/h，巷道清理后注漿段僅有零星滴水，達到預期目的。

2.3 2007年1號副斜井595到575m突水區注漿堵水及504到644m圍巖加固工程

2007年4月1號副斜井突水區為井筒575～595 m處，因水壓過大，并且在井筒595～620 m巷道底扳出現底鼓現象。另據取芯鉆孔資料表明:治理區域巷道緊鄰3－1煤火燒區，巷道圍巖破碎，裂隙發育，穩定性差等不利的工程地質條件;為了徹底解決檸條塔煤礦1號副斜井穿過2－2煤火燒巖及3－1煤層烘烤破碎帶含水層的問題，加固2－2煤火燒巖底板到3－1煤層烘烤破碎帶巷道圍巖。根據業主要求，本次注漿范圍以突水區575～595 m重點，向井巷兩側延伸。突水區前方巷道加固處理段為595～644 m(2006年注漿工程終點位置)突水區后方巷道加固處理段為575～504 m(07年4月底巷道靜水位標高位置)。本工程的先期施工區域即為巷道575 m到595 m位置及后期施工區域595 m到620 m處理深度為3－1煤層底板下3 m;處理高度為巷道頂部15 m，處理寬度為巷道兩側10 m。后期施工區域巷道575 m到510 m位置處理深度為巷道底板下15 m;處理高度為巷道頂部15 m或2－2煤層底板(2005年一期注漿工程底板)，處理寬度為巷道兩側10 m。

綜上所述:以上三次注漿工程位置、范圍及層位不同，其注漿范圍及層位即不重疊，也不交叉，完工后各注漿區域相互連接，該段井巷3－1煤火燒區、2－2煤火燒區及其頂底板在井筒兩側形成了完整的堵水墻。

3 注漿堵水及圍巖加固方案

3.1 注漿方案

首先編制了《陜煤集團檸條塔煤礦1號副斜井突水防治方案》。同時召開專門審查會議認為該工程方案科學合理、切實可行、應盡快組織實施。為了徹底根治水患會議認為本次工程本著“突出重點，表本兼治，寧強勿弱，不留隱患”的原則，采用“探灌結合，圍幕堵水，充填裂隙，加固圍巖，結合巷道補鉆注漿”的方法進行。

注漿方案主要設計參數如下:

1)處理范圍:為突水區及其兩側未進行注漿工程區域，其中突水區為巷道575 m到595 m位置，突水區前方巷道加固處理段為595 m到644 m位置(2006年8月注漿工程終點位置)，突水區后方巷道加固處理段為575 m到504 m位置(為2007年4月水位標高位置)。

2)鉆孔間距3×3 m，在突水區域巷道兩側各布置兩排鉆孔，在疑有突水可能區域巷道兩側各備用一排鉆孔，梅花形布置，探灌處理，消除安全隱患。一期工程布置鉆孔58個，備用鉆孔14個。控制長度50 m，達到控制水壓、顯著減小水量的目標。二期布置鉆孔59個，控制長度94 m，達到完全堵水及巷道加固的目的。

3)灌漿寬度:巷道兩側各10 m，鉆孔擴散半徑8 m。

4)施工順序:首先施工突水區到620 m段的鉆孔，及先期注漿孔，同時進行注漿。然后施工突水區巷道上下的鉆孔及后期注漿孔。

5)鉆孔結構:鉆孔基本結構為松散層和極破碎地層φ190～150 mm，下入150～130 mm地質鋼管，火燒巖段φ130～110 mm，至22煤火燒巖底板2 m以下后換成不小于91 mm的鉆具。鉆進至3－1煤底板下3 m或巷道下15 m終孔。

6)鉆孔注漿:注漿范圍內布置梅花形鉆孔，灌漿材料為水泥及水拌合而成。水泥與水體積比為1∶1～0.5，先稀后稠，較大裂隙加入適量聚丙稀酰胺，三乙醇胺形成混合雙液或水泥水玻璃雙管雙液、單管雙液，參考配比為1∶0.3～0.5(體積)。注漿管采用1.25吋鋼管，注漿段高度36～24 m下入花管，用膠帶封閉花眼出漿口，上部火燒巖采用多級孔徑托盤，海帶等材料止水封閉，用稠漿或水泥球從井口灌入注漿管外側封孔。為了盡快凝固可加入水泥重量2%的速凝劑。

7)注漿方式采用間隔跳孔全孔一次性注漿方式。注漿壓力 0.2 ～0.5 Mpa，終孔檢驗壓力為 1 ～1.5 Mpa。

3.2 注漿堵水工程施工組織及完成工程量

注漿堵水工程組建了指揮能力強、決策水平高、富有開拓進取精神和豐富施工經驗的干部進入項目部各管理層。選調精兵強將和調配充足的設備、材料立即進場，制定和完善科學合理切實可行的注漿堵水方案和施工組織設計，推行全面計劃管理，全面質量管理，確保在盡快的時間內注漿堵水一次成功。

4 結論

檸條塔煤礦注漿堵水及圍巖加固工程總體質量良好，達到合同規定的“巷道涌水量低于50 m3/h”要求，達到了預期目標，保障了煤礦生產安全。

①檸條塔1號副斜井突水段注漿工程結束后，礦山進行了抽排水和巷道清理工作，并于9月25日對該區巷道底板凸起和巷道砼碹進行了檢查，發現了4段巷道有底板凸起、巷道砼拱和側墻裂縫，具體位置和程度見《中安監理公司1號副斜井地面注漿情況的檢查說明報告》。其中巷道590～607 m底板凸起，595～605 m左側墻裂縫，591～597 m左側拱部砼碹離層，566～575 m頂板裂縫為注漿前已產生;530～540 m段底板凸起是注漿未結束前抽水而產生的。該段底板凸起的原因初步分析認為是:該段巷道底板巖石破碎嚴重，裂隙孔隙發育，水壓較大 ，在巷道充水時形成平衡，當巷道退水后，打破了原有平衡，引起圍巖移動，底板凸起是自然規律而不是人為因素。

②巷道530 m處還存在小量涌水，建議井下注漿堵水處理。檸條塔1號副斜井突水段注漿工程結束后，在530 m處存在一股細小水流，由于出水點水位較高，不在本次施工范圍之內;雖然設計變更施工了6個注漿孔注漿后，但收效甚微。若要徹底解決，采用地面注漿堵水工程費用太高，不經濟，建議采用井下注漿堵水。

③巷道504～474 m段在水位恢復到1 144.66 m時有可能出現涌水現象，建議加強礦井涌水量觀測工作，必要時進行注漿堵水工作。由于巷道底板圍巖破碎，裂隙發育，穩定性差等不利的工程地質條件;而2005年注漿工程僅對2－2煤層火燒巖底板下0.50 m以上范圍進行了注漿加固，沒有涉及以下破碎地層，即沒有對本區域巷道底板進行加固注漿。原方案對2007年4月水位以下巷道圍巖進行加固，沒有考慮水位恢復到1 144.66 m后地下水對巷道的影響。

［1］蔣澤泉 淺埋藏煤層開采的礦井突水與治理［J］.陜西煤炭，2006，(3):35 －36.

［2］王雙明，范立民，馬雄德.生態脆弱區煤炭開發與生態水位保護［J］.中國礦業，2010，19(專刊):212 －216.

［3］王雙明，黃慶享等.生態脆弱礦區含(隔)水層特征及保水開采分區研究［J］.煤炭學報，2010，35(1):7－14.

［4］王佟，蔣澤泉.榆神府礦區礦井水文地質條件分類研究［J］.中國煤炭地質，2011，23(1):21 －24.

［5］范立民.論保水采煤問題［J］.煤田地質與勘探，2005，33(5):50－53.

［6］范立民，王雙明等.榆神礦區礦井涌水量特征及影響因素［J］.西安科技大學學報，2009，29(1):7 －11，27.

［7］范立民.陜北地區采煤造成的地下水滲漏及對策［J］.礦業安全與環保，2007，34(5):62 －64.

［8］馬雄德，王文科等.生態脆弱礦區采煤對泉的影響［J］.中國煤炭地質，2010，22(1):32 －36.

［9］徐建民，姚建明，蔣澤泉.檸條塔礦井淺埋煤層開采條件研究［J］陜西煤炭，2010，(2):33－35.

［10］李國利.注漿堵水技術在八礦1303工作面的應用［J］.煤礦現代化，2008，(3):34 －35.

［11］王宏科，白有社.注漿技術在治理燒變巖區煤層涌水中的應用［J］.中國煤炭地質，2009，21(8):39 －41，76.