龍場(chǎng)煤礦主斜井水害治理技術(shù)研究

齊寶勇

摘 要：根據(jù)龍場(chǎng)煤礦礦建過程中取得的地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，結(jié)合前期的瞬變電磁和高密度電法物探資料，采取超前探查注漿、長(zhǎng)短孔注漿堵水等措施，分析研究含水層的裂隙發(fā)育規(guī)律特征，采用注漿堵水工藝封堵出水點(diǎn)，減少礦井排水費(fèi)用，保證礦井的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：主斜井；物探；注漿堵水

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.053

龍場(chǎng)煤礦主斜井口標(biāo)高+1360.00m，井筒斷面寬度4.8m，巷道凈斷面18.54m2，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1197m，傾角-23°，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。巷道自上向下依次揭露三疊紀(jì)下統(tǒng)茅草鋪組（T1m）、夜郎組九級(jí)灘段（T1y3）、玉龍山段（T1y2）、沙堡灣段（T1y1）、二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組（P3c）和二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）等地層。

2014年7月15日，貴州省黔西縣內(nèi)遭遇百年一遇的特大暴雨，礦區(qū)范圍內(nèi)連續(xù)3天地面降雨量達(dá)到260mm，導(dǎo)致礦井主斜井495m底板出現(xiàn)出水點(diǎn)，最大出水量150m?/h，因當(dāng)時(shí)正處于雨季，只能采取疏排水方案進(jìn)行處理。經(jīng)分析該出水點(diǎn)是以巖溶通道出水為主，巖溶裂隙出水為輔的涌出形式，嚴(yán)重危及礦井安全，因此井筒注漿堵水工作顯得尤為重要。

1 區(qū)域水文地質(zhì)情況

井田內(nèi)含（隔）水層自上而下主要有：第四系孔隙含水層（Q）、三疊系下統(tǒng)茅草鋪組（T1m）巖溶裂隙含水層、三疊系下統(tǒng)夜郎組九級(jí)灘段（T1y3）隔水層、夜郎組玉龍山段（T1y2）巖溶裂隙含水層、夜郎組沙堡灣段（T1y1）隔水層、二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組（P3c）巖溶裂隙含水層、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）灰?guī)r、細(xì)砂巖巖溶裂隙含水層、龍?zhí)督M（P3l）泥巖類隔水層、二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組（P3β）裂隙含水層、二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）巖溶裂隙含水層。

井田內(nèi)有35個(gè)鉆孔中揭露該層，其中25個(gè)鉆孔40層次沖洗液明顯漏失或全漏，漏水孔率高達(dá)71.4%。巖芯見有大量水蝕溶孔、裂隙發(fā)育，局部見有溶洞，充水空間發(fā)育。

龍場(chǎng)礦區(qū)地下水以大氣降水補(bǔ)給為主，地表水補(bǔ)給次之。大氣降水與地表水通過溶蝕裂隙等以面狀分散的形式補(bǔ)給，地下水逕流明暗交替，最終以泉水、地下暗河的形式排泄。

區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)、徑、排主要受降水、地形地貌、巖性、地質(zhì)構(gòu)造等控制，既有區(qū)域的統(tǒng)一規(guī)律，又有隨地段變化的明顯差異。由于地形切割高差較大，地形坡度較陡，季節(jié)性溪溝及巖溶發(fā)育，在雨季絕大部份形成原地接受補(bǔ)給，就地小溪排泄。大氣降雨是區(qū)內(nèi)地下水主要的補(bǔ)給來源，補(bǔ)給期集中在每年雨季。由于溶蝕裂隙較發(fā)育，降水通過溶溝、溶槽、溶蝕裂隙及落水洞等注入地下，并以地下河或泉的形式排泄于河流中或地勢(shì)低洼處，降水主要是通過溶蝕裂隙、構(gòu)造裂隙及風(fēng)化裂隙方式滲入補(bǔ)給地下水。

通過龍場(chǎng)井田的地表勘查，地下水整體徑流方向?yàn)橛甓浜臃较颍叵铝严遁^發(fā)育，最終在16、17泉以泉點(diǎn)的形式排泄于雨朵河。

2 物探情況

2014年6月27日，中煤科工集團(tuán)西安煤科院來礦對(duì)龍場(chǎng)煤礦主斜井495m處進(jìn)行水情物探，結(jié)果如下：

從圖1分析可知，有一個(gè)含水地帶在上方130度方向60m處向下延伸，到正前方時(shí)角度為改變，但是距離變?yōu)?0m并繼續(xù)延伸，含水帶向下一直延伸并不斷向右靠攏，從圖3分析可知，含水帶已經(jīng)變化為90度方向并向前20m位置。說明含水帶位置不斷變化，并不斷向巷道靠近。

除了這個(gè)含水帶，還有第二個(gè)含水地區(qū)，從圖1中可以看出90度方向70m到80m處有一低阻異常區(qū)，在圖2中變化到右側(cè)前方大片低阻異常，而在圖3中大片低阻區(qū)域又向正前方靠攏，范圍較大，但并沒有向巷道靠近的趨勢(shì)。

3 出水原因分析

龍場(chǎng)煤礦井田在北東向構(gòu)造控制下，主要含水層的分布也沿構(gòu)造線方向出露展布成帶狀。受含水層與隔水層出露空間位置變化的控制，井田內(nèi)地表水與地下水互為補(bǔ)給、轉(zhuǎn)化頻繁。地下水通過巖溶管道、暗河、泉水等循環(huán)、徑流、排泄，顯示出循環(huán)淺、徑流短、交替強(qiáng)烈、局部集中排泄的特點(diǎn)，總體由西南向東北運(yùn)移，并通過暗河形式在井田外排泄，主斜井495m出水點(diǎn)正處于16號(hào)泉、17號(hào)泉排泄口附近區(qū)域，或者說主斜井495m出水點(diǎn)正處于主徑流帶上。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查及主斜井出水點(diǎn)涌水情況分析，該出水點(diǎn)為碳酸鹽巖夾基巖裂隙水，溶蝕裂隙較發(fā)育，降水通過溶溝、溶槽、溶蝕裂隙等流入地下。水源來自該區(qū)西南方向的落水洞，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)及井田區(qū)域的水文地質(zhì)調(diào)查來看，大氣降水是該區(qū)域落水洞的主要補(bǔ)給來源，其動(dòng)態(tài)變化受大氣降水控制，枯水季節(jié)泉水流量較小，暴雨后流量猛增，該區(qū)域落水洞的標(biāo)高大都在+1350m左右，與出水點(diǎn)處的標(biāo)高相差200m，最大水壓2兆帕。主斜井495米出水點(diǎn)實(shí)際揭露出水點(diǎn)水量變化范圍在40～200m?/h左右，

4 堵水技術(shù)方案

根據(jù)主斜井495m出水點(diǎn)的巖溶裂隙發(fā)育情況、巷道圍巖的地質(zhì)條件、出水位置、水量、水壓等，采用短孔注漿封堵圍巖漏水點(diǎn)注漿方案。

4.1 注漿設(shè)計(jì)

注漿加固鉆孔呈梅花形布置，孔間距0.8×0.8m，間排距0.8×0.8m。

4.2 施工程序

打孔→埋設(shè)注漿管→ 注漿 → 注漿驗(yàn)收。

4.3 鉆孔施工

采用YT28型鑿巖機(jī)鉆孔，孔徑42mm，孔深4m，在495m上下30m范圍內(nèi)巷道出水點(diǎn)周圍布孔，按梅花形布置鉆孔，鉆孔施工完畢后及時(shí)進(jìn)行清孔。

4.4 注漿管

鉆孔結(jié)束后安裝2寸注漿管，注漿管采用與注漿泵相對(duì)應(yīng)的鋼管，長(zhǎng)度0.9m，外露0.1m，注漿管兩端套絲，套絲長(zhǎng)度為分別5cm，采用干麻絲纏繞注漿管牢固，孔口采用樹脂藥卷或水玻璃充填加固。

4.5 注漿準(zhǔn)備

注漿前進(jìn)行管路調(diào)試，檢查注漿管路及設(shè)備，確保注漿壓力表完好，孔口管埋設(shè)牢固，并安裝止?jié){管。

4.6 注漿

（1）拌制水泥漿：先加水后加水泥，水泥采用425號(hào)普通水泥，水泥漿液水灰比按1：0.6～1攪拌10至20min，混合比逐漸變大，直到達(dá)到滿足施工設(shè)計(jì)要求為止。

（2）注漿順序：采取單孔注漿（即打一個(gè)孔注一個(gè)孔），達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可對(duì)下一個(gè)孔打孔、注漿。實(shí)行跳孔注漿，注漿順序先在巷道底板注漿，再由兩側(cè)到拱頂，可交叉進(jìn)行，每幫一次只施工一個(gè)孔。最后去掉4#溶洞引水管后，對(duì)巷道右?guī)鸵苓M(jìn)行注漿處理，注漿壓力2.5Mpa。注漿孔壁與鋼管之間用麻絲填實(shí)，孔口范圍采用樹脂藥卷或水玻璃封孔；孔口設(shè)止?jié){閥門（2個(gè)）和泄水觀察孔閥門，注漿過程中若發(fā)生串漿，則關(guān)閉孔口閥門待其他孔注漿完畢后再打開閥門。

（3）清理注漿管。單孔注漿結(jié)束后，打開止?jié){閥門和泄水觀察孔閥門用清水清理，防止堵塞注漿管。

（4）輔助用料 ：當(dāng)水泥漿無法滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，采用雙液注漿，即注水泥漿后，出現(xiàn)跑漿、不起壓等現(xiàn)象時(shí)，采用雙液注漿，注漿時(shí)摻水玻璃，水玻璃濃度30-35Be，水泥漿與水玻璃體積比1：0.35～1：0.65。無雙液注漿泵時(shí)，單獨(dú)調(diào)試好水玻璃濃度和體積比，通過注漿泵一起將混合液送入孔內(nèi)。

5 實(shí)施效果

根據(jù)龍場(chǎng)煤礦建井過程中取得的地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，結(jié)合前期的瞬變電磁和高密度電法物探資料，采取超前探查注漿、長(zhǎng)短孔注漿堵水等措施，分析研究各含水層的裂隙發(fā)育規(guī)律特征，對(duì)龍場(chǎng)煤礦主斜井出水點(diǎn)的注漿治理，封堵出水點(diǎn)，使得主斜井的涌水量急劇下降，目前巖溶通道已得到了控制，巖溶裂隙水已經(jīng)明顯減少，主斜井的涌水量由150m3/h減小至50m3/h左右，計(jì)算年節(jié)約排水費(fèi)用約120萬元，減少了礦井排水費(fèi)用，保證礦井的安全生產(chǎn)。