小窯采空區下方巷道淋水治理技術

周仲林

（山西省陽泉固莊煤礦，山西陽泉045060）

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小窯采空區下方巷道淋水治理技術

周仲林

（山西省陽泉固莊煤礦，山西陽泉045060）

摘要：針對陽泉固莊煤礦丈八主平硐因小窯越界開采破壞上方保護煤柱，采空區積水造成巷道砌碹體壁后空洞充水，通過砌碹灰縫口，在巷道全斷面蔓延，形成大范圍亂流、亂滲、亂滴、亂冒、亂灑的淋水區，提出“堵、圍、截、聚、放”的綜合治理淋水方法。以水泥-水玻璃雙液為主，高性能固特瓏化學漿材料為輔的注漿“堵”漏方法，從外部“圍”、中間“截”，使淋水逐漸“聚”集，最后集中排“放”到大巷道水溝中，同時巷道得到加固，上方小窯采空區水得到釋放，取得了良好的技術效果。

關鍵詞：采空區下方；巷道；淋水；注漿；治理

陽泉固莊煤礦礦井設計生產能力150萬t，礦井采用平硐開拓方式，由于周圍小煤窯非法越界開采，破壞了丈八主平硐保護煤柱，小煤窯采空區水通過裂隙滲入下部的丈八主平硐內，造成大范圍的巷道淋水。夏季淋水加大，甚至小量涌水，嚴重腐蝕架空線和金屬管線，甚至發生淋水觸電傷人事故；冬季巷道頂部懸掛冰錐，底板軌道上堅冰覆蓋，嚴重影響電機車通行和人員行走安全，嚴重影響生產運輸，經常造成礦井停產。因此很有必要對巷道淋水進行治理。丈八主平硐為砌碹支護，碹體周圍充填不實，存在空洞和裂隙，加上小煤窯破壞范圍及采空區積水量不明，如果單純采用堵漏的方法，巷道淋水范圍可能通過裂隙蔓延擴大，增加治水工程量。因此，如何有效治理巷道淋水值得研究。

1　現場調研分析

1.1巷道布置及斷面

丈八主平硐在15號煤層底板巖石中布置，平硐巷道全長2 300 m，距15號煤層底板平均距離25 m。巷道斷面為半圓拱形，采用料石砌碹支護，為半圓拱形斷面，巷道凈寬4.2 m，凈高3.5 m，鋪設雙軌運輸軌道，兩趟550 V架空線，右幫布置一趟1.5寸消防水管，3根信號線纜，左幫布置4根動力線纜，右側底部有水溝。

1.2淋水區水文地質特征

巷道淋水段全長193 m，涌水實測值為30 m3/h。淋水區巷道距地表深度平均56 m，巷道頂距15號煤層底板僅5 m。根據丈八主平硐巷道施工地質剖面圖，淋水區有間距為45 m的兩條斷層，施工過程中巷道頂板破碎，當時上方保護煤柱尚未受到破壞，無淋水現象發生。

該范圍上部被小固莊村煤礦越界破壞15號煤層后形成采空區。15號煤層平均厚度為7 m，煤層厚度大，埋藏淺，斷層裂隙發育，地表有塌陷，受地表水影響大。該范圍對應地表為小固莊村河溝，大氣降水積于河溝，通過斷層裂隙滲入采空區，形成穩定的承壓水補給源，再通過斷層裂隙滲入丈八平硐大巷。巷道全斷面滴水、淋水，受降雨影響較大，故雨季淋水、涌水加大，巷道頂幫鐵銹紅沉積遍布，明顯為老空水。

1.3巷道淋水形成機理及特征

丈八主平硐為料石砌碹巷道，為被動支護，巷道周圍松動破壞圈大，砌碹壁后難于充填密實，形成空洞，這些巷道壁后空洞是淋水的主要儲存空間，松動破壞圈裂隙發達，是淋水的裂隙儲水區，斷層和裂隙導通小窯采空區，是淋水的導水通道，小窯采空區水是巷道淋水的承壓補給源，砌碹巷道灰縫是淋水的出口。

砌碹巷道壁后空洞包絡整條巷道，形成儲水包絡圈，通過砌碹灰縫口，淋水在巷道全斷面蔓延，形成大范圍亂流、亂滲、亂滴、亂冒、亂灑的淋水區。

1.4巷道淋水治理方法

砌碹巷道壁后圍巖由外及里可分為浮碴層、空洞區、松動圈、裂隙層，對應灰縫出水口、空洞儲水區、松動儲水圈、裂隙導水層，上部為小窯采空積水區。封堵裂隙導水層裂隙，切斷淋水補給源，填充空洞和松動圈，消除儲水空間是治理巷道全斷面蔓延淋水的有效方法。

由于小窯采空區儲水空間大，且小窯已經停產封閉，儲水量和積水范圍無法祥查，故不可能采用充填采空區的方法徹底消除巷道上方的水患威脅。同時由于淋水補給源穩定，儲水空間一定，流體處于一定穩定狀態，如果封堵方法不當會打破流體穩定狀態，造成淋水范圍沿巷道長度方向蔓延擴大，從而增加了治水工程量。因而必須“堵、圍、截、聚、放”的綜合方法治理淋水。

“堵”：采用注漿的方法封堵空洞和裂隙，膠結破碎的浮碴層和圍巖，加固加厚砌碹體。

“圍”：由淋水區外圍同時從兩端注漿封堵，形成前后兩個封堵帶，將淋水封閉在兩個注漿封堵帶之間，防止淋水范圍蔓延擴大。

“截”：在由“圍”形成的前后兩個封堵帶區域中間，注漿加固形成中封堵帶，此時三個封堵帶將淋水區截成兩個相等的區域，然后兩個區域再分別用封堵帶截成四個相等的區域。

“聚”：由“截”形成的4個區域，目的是將分散的淋水集中，形成4個聚水區，分別從巷道無水溝側，向有水溝側逐漸注漿，將淋水集中到有水溝側，形成4個集中放水口。

“放”：在放水口打孔安裝放水管，注漿封閉放水管間空隙，將水通過放水管流入平硐水溝內排出。

2　注漿施工參數設計

2.1注漿材料及配比參數

作為無機灌漿材料，水泥具有源廣價廉，漿液結石體抗壓強度高的優點，結石的力學特性與砌碹巷道的料石相近，因此用水泥漿注入砌碹體壁后可膠結浮碴層和充填空洞，加固砌碹體，形成共同承載體，是最適合砌碹巷道的注漿材料。但是水泥的最大缺點就是膠凝時間短，滲透性差，加入水玻璃后使其膠凝時間可調，提高可注性，但對深部小裂隙可注性差，注漿效果不佳。適合用作淺部空洞和寬裂隙注漿的材料。

固特瓏堵水材料是一種化學高分子聚合物，具有較好的膨脹性和滲透性，與煤巖體均有較高的粘合力，在壓力作用下可滲透到微裂隙之中，對深部微裂隙起到有效的封堵、固結作用，達到堵水、加固的目的。

綜合以上分析，注漿堵水材料選用以復合水泥漿材為主，以高性能固特瓏化學漿材料為輔，配合使用。

水泥注漿材料選擇425號普通硅酸鹽水泥、水玻璃雙液漿。其配比如下：a.水泥漿液水灰比應控制在（0.7～0.9）：1。b.水玻璃波美度（濃度）為30%～45%。Be′模數2.4～3.4。c.水泥漿與水玻璃之比應控制在1：（0.1～0.3）。d.水泥與FGN加固補強型特種添加劑之間的比例應根據現場實際情況隨時調整，一般宜控制在1：（0.005～0.01）。

GN-1型固特瓏化學漿液，由體積相等的A、B兩種有機高分子原料組成雙漿液，用專用注漿泵按比例（1：1）壓注施工，不需要調整。

2.2注漿施工基本參數

1）注漿孔深：根據巷壁煤巖體破壞特征，不僅封堵壁后裂隙，更要封堵圍巖松動圈的導水通道和裂隙，采用深孔與淺孔相結合，深孔孔深3 m ,淺孔孔深1.5 m，淺孔注漿管φ42 mm×600 mm，鉆孔直徑φ=42 mm。

2）注漿終壓：根據巷壁煤巖體的破碎情況，結合煤巖體最小抵抗面及碹體圍巖條件，當巷道管路壓風供風風量不低于3 m3/min，供風壓力不低于0.5 MPa時，設計注漿終壓控制在2 MPa～3 MPa。

3）擴散半徑：結合現場實際情況，控制注漿壓力，擴散半徑2.5 m～3.0 m。

4）單孔注漿量：依據相關理論公式和經驗數據計算，結合現場實際情況，單孔水泥注漿量按3 t/孔，固特瓏注漿量60 kg/孔，施工中如遇地質條件發生較大變化，要及時調整注漿量。

2.3注漿孔布置

注漿孔排距5 m，每排布置3個孔，碹頂正中頂孔1個，孔垂直拱頂向上，兩幫在拱基線上方各1個孔，拱弧徑向打孔，以巷道中線對稱軸左右對稱布置。具體位置視現場出水位置和管線吊掛位置調整，深孔與淺孔交錯布置，確保漿液滲透均勻。注漿孔布置見圖1、圖2。

圖1　注漿孔布置與巷道圍巖破壞帶分布剖面圖

圖2　注漿孔布置與工程分段平面圖

以出水點四周布孔為重點，根據現場注漿量及跑漏漿情況，對注漿管密度、深度和角度隨時進行調整。

3　注漿施工方案

3.1工程量及分段

巷道淋水段全長193 m，外圍兩端各擴大3.5 m范圍，以增強圍堵淋水效果，封堵工程巷道總長度為200 m。每5 m布置一排注漿孔，一排3個3 m的深孔，一排3個1.5 m的淺孔，深孔排與淺孔排交錯布置。深孔排20排，共60個深孔，淺孔排21排共63個淺孔。總共41排孔，123個注漿孔。共劃分9個段，其中包括5個注漿封堵帶，每個帶長度均為25 m；4個注漿聚水區，每個區長度均為18.75m。注漿孔布置與工程分段平面圖見圖2。

3.2施工順序及要求

3.2.1分段間施工順序及要求

采用分段施工，兩分段同時作業法，以縮短工期，減少對生產運輸的影響。首先施工注漿封堵帶，然后施工注漿聚水區。

注漿封堵帶施工順序：先施工注漿封堵帶1和9，要求兩個作業組同時施工平行作業，將整個淋水區封堵在注漿封堵帶1和9之間，達到“圍”的效果要求；然后施工注漿封堵帶5，將整個淋水區中分截割成兩個大的獨立儲水區；最后同時施工注漿封堵帶3和7，將兩個獨立儲水區中分截割為四個獨立的注漿聚水區，達到“截”的效果要求。

注漿聚水區施工順序：先施工注漿聚水區2和8，再施工注漿聚水區4和6，要求兩個作業組同時施工平行作業，達到“聚”的效果要求。

3.2.2分段內施工順序及要求

注漿封堵帶內施工順序：注漿封堵帶內注漿施工是沿巷道長度方向推進。注漿封堵帶1和9內，應從淋水區外圍向中部施工，將淋水范圍逐漸縮小，把淋水向中部集中。注漿封堵帶5內，兩個作業組，從分段中部分別向相反方向同時施工，將該帶的淋區分別集中到兩個大的獨立儲水區。注漿封堵帶3和7，各由一個作業組分工同時作業，各帶作業組從帶中部向兩側施工，將大的獨立儲水區截割成左右兩個聚水區，最終形成4個注漿聚水區。

注漿聚水區內施工順序：注漿聚水區內注漿施工沿巷道寬度方向推進，從無水溝側向有水溝側逐漸注漿推進，將聚水區內的淋水集中到水溝側，形成集中放水口。

4　注漿施工

4.1施工設備和材料準備

鉆孔采用風鉆或液壓錨桿鉆機打眼，并配備相應長度的鉆桿。化學注漿采用QB6C型氣動高壓雙液化學注漿泵，水泥注漿采用QB9C型氣動雙液注漿泵，與注漿設備配套的進風管路為φ19 mm高壓風管20 m，出漿管規格為φ10 mm，長度10 m，5 m和2 m各若干根。準備425號普通硅酸鹽水泥、水玻璃，GN-1型固特瓏A、B組分化學雙漿液。

4.2勞動組織及施工安排

為了減少對生產運輸的影響，每天的檢修班安排兩個組同時施工。每班工作8 h，每班完成一個20 m的注漿量，每班每組各完成10 m的注漿量。200 m的注漿工程量，工期10 d。

注漿施工完畢，淋水集中在4個聚水區的放水口，然后施工放水孔并安裝放水管，注漿封閉放水管間空隙，每個放水口安裝3個放水管，一根短管長1.5 m，一根中管長3 m，一根長管7 m，中、短管放空洞和裂隙區剩余水量，長管放采空區水，放水管放入平硐水溝內排出，工期為1 d。

4.3施工工藝

標定孔位置→打注漿孔→安裝注漿管→封堵注漿鉆孔口→注漿系統與注漿管連接→注漿→清洗注漿系統→拆除注漿系統與注漿管。

4.4安全技術要求

1）施工時間架空線停電，大巷運輸暫停或預留一側軌道，在施工地段前后50 m設置紅燈，并掛上警示牌，提示經過人員注意安全。

2）整個注漿系統高壓端的聯接件必須牢固。操作封孔器時不能正面面對，必須在注漿管內脈沖壓力釋放后再開啟注漿閥門。

3）注漿時應按設計規定的漿液濃度、壓力和注漿量進行注漿，針對淋水情況，并結合節理裂隙發育情況，合理調整漿液配比，以確保注入漿液有效的擴散半徑，擴散半徑控制在3 m以內，混合漿液初凝時間控制在2 min以內，保證有足夠的注入量，使施工質量達到預期效果。

4）注漿孔位布置應遵循“分段，分批，逐步加密”的原則，針對不同的淋水情況布設深、淺孔，深孔排水降壓，淺孔注漿；注漿時應遵循“先外后內、先稀后濃”的原則，即施工先從影響區邊緣向中心逐段逼近，注漿液濃度應由稀逐漸變濃。

5）注漿壓力：采用“分級升壓法”進行注漿壓力控制，開始注漿時，不宜將壓力升至過高，而應由低到高逐漸提高，注漿壓力一般控制出水點壓力的2～3倍范圍內。

6）在注漿過程中應隨時觀察出水點及周邊節理裂隙的淋水情況，如出現竄漿、漏漿、注漿壓力突然驟降等異常情況，應立即停止注漿，查明原因，應采取表面封堵、間歇注漿、加濃漿液等技術措施及時進行處理，處理好后方可恢復注漿施工。

7）配漿人員應保持漿液不吸空，隨時觀察泵的吸漿情況，保持兩漿液的配比適中。

8）進行打眼、埋管、封孔、連管等作業時，應預先檢查周圍安全狀況尤其檢查迎頭頂板維護情況，不得違章作業。

9）注漿完畢后，應立即用清水或機油清洗管路，并將泵、管路等歸整碼放整齊。

5　結論

以水泥-水玻璃雙液為主，高性能固特瓏化學漿材料為輔的注漿方法，注漿結束后，通過現場觀測，砌碹體壁后的浮碴層與砌碹體膠結成一體，空洞和裂隙得到有效的封堵，加固堵水效果顯著。巷道表面無明顯滲漏現象，治水率達到90%以上，大范圍亂流、亂滲、亂滴、亂冒、亂灑的淋水得以集中，通過放水管安全地排放到巷道水溝中，巷道得到加固，上方小窯采空區水得到釋放，安全技術效果良好。

（編輯：楊鵬）

Treatment Technology on Water Spraying under Small Mine Gob Area

ZHOU Zhonglin
(Yangquan Guzhuang Mine, Yangquan 045060, China)

Abstract:In the main adit in Guzhuang Mine, the cross- border mining of some small mines destroyed upper protecting pillars, causing that gob water filled empty caves of brickwork, passed ash seam, spread to the whole cross- section, and formed an extensive water spraying area where water flowed, penetrated, dripped, burst, and sprayed wildly. Accordingly, the paper proposes a comprehensive treatment for the water spraying by plugging, enclosing, cutting, collecting, and discharging water. Grouting plugging method uses double- fluid with cement and water glass as the major groutingmaterial and high performance Gutelong chemical pulp material as supplement. The spraying water was enclosed from outside, cut in the middle, collected gradually, and finally discharged into a big ditch. In the meantime, the roadway was reinforced and upper small mine gob water was released.

Keywords:belowgob; roadway; water spraying; grouting; control and treatment

作者簡介：周仲林（1969-），男，山西嵐縣人，大學本科，工程師，從事礦山救護工作。

收稿日期：2015- 10- 05

DOI:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.01.005

文章編號：1672- 5050（2016）01- 0015- 04

中圖分類號：TD74

文獻標識碼：A