趙村鋪煤礦突水淹井與注漿堵水分析

摘要： 簡要介紹了石家莊市趙村鋪煤礦突水淹井事故的經過，突水條件的分析，堵水方案的選擇，堵水復礦工程的實施，堵水效果的分析預計，以及經驗教訓，為類似突水事故的快速治理提供了一定的參考價值。

Abstract： This paper briefly introduces the mine-flooding accident caused by water-burst in Zhaocunpu coal mine in Shijiazhuang， analyzes the water-burst condition， the scheme selection of stopping up water， the implementation of project of stopping up water and recovering the mine back， the analysis and prediction of water shutoff effect， as well as the experiences and lessons. It provides a certain reference value for the rapid management of similar water-burst accidents.

關鍵詞： 煤礦突水；地面鉆孔；注漿堵水

Key words： coal mine water-burst；ground drilling；grouting for stopping up water

中圖分類號：TD74 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）06-0154-02

1 概況

石家莊市趙村鋪煤礦1402工作面在回采四層煤時發生采中突水，因水量超過了礦井排水能力，礦井全部被淹，堵水復礦關系著企業生存，石家莊金石地質勘測有限公司在制定了詳細的堵水方案后，施工兩個注漿堵水鉆孔，注入水泥1840.9噸，僅用3個多月即完成堵水工程，堵水率100%。

2 礦井地質與水文地質

2.1 地質與構造

井陘煤田為一南北向地塹斷陷盆地，趙村鋪井田處于井陘煤田大地塹東側趙村鋪次級地塹上，井田東界和西界分別為趙村鋪和劉趙村大斷層，以五層煤露頭線為其北界，南部以北正井田為界。井田內西部構造較東部相對復雜，其西北部一條走向北東、落差30m的F2斷層，即本次突水斷層。井田開采煤層主要為太原組的第一、二、四、五層煤，礦井開拓方式為斜井石門上下山開采，受水威脅的四、五層煤占可采儲量的91.8%。井田主要地層見圖1。

2.2 水文地質

井陘煤田區域上屬威州泉域，地下水位西高東底，趙村鋪井田處于地下逕流帶北側，奧灰靜水位+208～+200m。本井田威脅煤層開采的主要含水層為煤系基盤奧灰強含水層。

3 突水經過與突水條件

3.1 突水經過

本次突水發生于趙村鋪井田+100水平四層煤1402采面，初始水量30m3/h，后迅速增大，水色渾黃，夾帶有少量鋁土質頁巖巖屑，突水口位于F2斷層面上，標高+141m，突水84.5小時時水涌入井底+150水平大巷和主泵房，電機被淹而停泵，突水11天后井筒水位穩定在+202.64m，與此同時，井口北東500m左右與本井空區相連的趙村鋪村辦小礦亦遭淹沒。經化驗，水質為奧灰水，根據淹井速度估算突水點穩定水量為634.8m3/h。

3.2 采面地質與回采情況

1402采面西臨劉趙村斷層，東為F1斷層，北為F2突水斷層，南為F3斷層。采面北窄南寬，平均長65m，南北寬40m，煤厚1.5m，北高南低，走向近東西，平均傾角25°，采面底板高程+150～+115m，斜面積3231m2，煤層頂板為堅硬不易垮落的大青灰巖。采用簡易短臂法回采，當開采后退至10m時，斷層面處發生了本次突水，采空平面面積共892m2，采出煤炭1800噸左右，見圖2。

3.3 突水條件分析

本次突水的基礎因素是井田內奧灰相對富水；處于F2斷層降盤的1402四層采面底板與升盤側奧灰垂距由正常的73m減少到43m，突水的直接原因是沿斷層面回采；采動破壞了原始地應力的平衡，使空區底板尤其是周邊處失穩遭到破壞，奧灰水在開采之前早沿F2斷層帶向上導升，底板破壞深度與奧灰水“導高”帶相接觸，引發了本次突水，采動破壞是本次突水的誘發因素，而“導高”的存在是本次突水的關鍵因素。

4 堵水復礦工程的實施與效果分析

4.1 堵水方案選擇

突水淹井造成了靜水注漿堵水條件，突水口處于斷層面上，基于此條件，提出了堵源治本及蓋被子治標等多個堵水方案，通過分析對比，最終決定采用了時間短見效快的蓋被子方案，封堵采面與外界連通的兩個主要通道——五四斜小井和回風斜坡，此方案僅需施工兩個鉆孔。

4.2 注漿施工與礦井排水

4.2.1 注1孔的施工與注漿

注1孔預定打入四五小井內，由于圖紙資料不夠準確，鉆孔實際落在小井南側煤壁內1m處，僅在四層煤內發生小漏水，終孔于四層底板砂巖，終孔深度154.05m。采取孔底放炮補救措施與小井崩透后，孔內靜水位+203.4m。

注1孔采用連續自流注入工藝，歷時7天，共注入水泥1495.1噸，注漿用水取自與1402面連通的馮立井（直徑1.6m）。注1孔注漿到水泥500噸時，礦井水位開始上升，注漿到臨近結束時，潛水泵從馮立井抽出之水發現水泥漿，潛水泵被燒壞，注漿結束后，鉆孔內漿液面升至+205.5m，實測馮立井水泥漿頂面高出井底33.5m，高出采面最高處頂板22m。endprint

分析注漿效果，認為采面內部并未被漿液充滿，應繼續施工注2孔。計算所有應充填總體積為1891m3，需水泥2130噸。注1孔注入水泥所形成的結石體應為1330m3，減除馮立井內結石體67m3，尚有628m3的空區未充填。

4.2.2 礦井復礦排水與注2孔注漿

為在微動水條件下進一步封堵采空區頂板灰巖中可能存在的導水裂隙，決定注2孔注漿與復礦排水同步進行；礦井排水共安裝排水泵5臺，總流量936m3/h，在注1孔注漿結束12天后開始排水，注2孔同時開鉆，注2孔在孔深132.29m見預定空區，未見水泥痕跡，孔內水位+211.65m，此時礦井排水至第一降程水位穩定期，隨著第二降程的追排水，注2孔水位下降了14.65m，之后仍隨追排水的進行同步下降，表明漿液結石體或頂板存在有裂隙，空區與外界未被完全隔絕。

隨即注2孔開始注漿，采用加壓連續注漿工藝，后期間歇注漿，孔壓由0.2MPa逐步上升，終孔壓力4.5MPa。注漿時正值第二降程水位穩定期，隨著漿液的注入排水量明顯減少。為了檢查注漿效果和補充注漿，對注2孔進行了掏孔，孔深127m（+157.66）始見到水泥凝結物，鉆至154.48m四層煤底板砂巖而停鉆，補充注漿后結束該孔，注2孔共注水泥345.8噸。

4.3 排水資料分析、堵水率預計與實際堵水率

為準確預測堵水率，進行了三個降程的排水試驗，見表1，其中第一降程由于水量穩定值變幅太大，延續時間短，數據不能用，第二、三降程數據可利用。

突水前礦井+150水平正常排水量為100.2m3/h，淹井時被連帶淹掉而停止排水的趙村鋪村辦小窯正常排水涌水量為20.4m3/h，兩者相加即120.6m3/h為實際突水前礦井正常涌水量。以第二、三降程數據為基礎，公式計算預計堵水率在96%左右，決定繼續追排水，礦井排水到底后，井下實地觀察，實際堵水率為100%，礦井完全恢復生產后，當年產煤3.3萬噸，堵水取得了預期的好效果。

5 結論及建議

本次注漿堵水工期短見效快，是煤礦治理水害、復礦生產的又一成功例證，也為煤礦生產提供了很多可借鑒的經驗教訓，為此建議：①大漿量自流注漿工藝，是靜水條件下封堵礦井突水，縮短注漿工期的有效措施。②注1孔注漿取水于馮立井所引起的微動水，竟能使漿液大量順微動水流運移、沉淀，這是可借鑒于動水注漿的重要收獲和教訓。③本次注漿材料全部選用水泥，偏重考慮工程質量而忽視了經濟效益。如前期注入部分骨料等，可大大節約資金。

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