構造復雜區域突水封堵的可行性研究

韓久方

摘 ?要：全國煤礦共發生水害事故91起、死亡393人（其中較大以上水害事故51起、死亡345人，分別占56%、87.8%），平均每年有79名礦工生命被水患吞噬。去年3月10日，河南能源集團鶴煤十礦采煤工作面奧灰突水淹井，最大涌水量4300m3/h以上，涉險人員多達204人;5月25日，安徽淮南礦業集團潘二礦掘進工作面奧灰突水淹井，最大涌水量14500m3/h。

關鍵詞：突水;斷層;治水措施

引言：如今各種先進的物探儀器層出不窮，然而商家過大的夸大其探測地質異常區的能力和精準度，但在實際開拓和回采中巷道與工作面仍存在未發現的隱伏斷層，巷道隱伏斷層附近可能發生底鼓突水現象，當突水后不及時采取有效的防治措施，定會造成不可估量的災難。針對突水事故分秒必爭，故如何在構造復雜區域進行突水封堵顯得尤為重要。

1 突水地點巷道四鄰關系

三盤區大巷位于礦井東部，標高-630m～-690m，西鄰FS3、FS11斷層，北鄰FS3斷層，南部與11071工作面相鄰。三盤區回風大巷設計長度764m，三盤區運輸大巷設計長度770

2 水文地質

（1）主要含水、根據巖性、水力性質和富水性，盤區內含水層自上而下分為以下幾層：新近系底部礫巖含水層：盤區內主要分布在12751、12651孔以東的近露頭部分，根據《趙固二井田勘探報告》，在臨近二盤區13151孔對該含水層進行抽水試驗，單位涌水量0.135L/s.m。在本盤區底礫巖分布區域為厚層粘土層的“天窗區”，直接覆蓋于煤系地層上部， 該處基巖厚121.0m～166.7m。新近系地層底部礫石層含水層厚度范圍為4.35m～7.41m，厚度小于10m。根據《焦作煤業集團趙固二礦提高開采上限可行性研究報告》，該含水層在本盤區內為弱富水性。（2）煤層頂板砂巖含水層。主要由大占砂巖和香炭砂巖組成，厚13m左右，其中大占砂巖距二1煤層0m～8m，香炭砂巖距二1煤層32m～37m，所揭露鉆孔均未發生涌、漏水現象。12751孔抽水試驗結果，單位涌水量0.0013L/s·m，滲透系數0.021m/d。屬孔隙裂隙弱富水含水層。（3）太原組上部灰巖含水層。主要由L9、L8灰巖組成，其中L8灰巖發育最好，根據盤區內勘探鉆孔與井下施工的底板鉆孔資料，L8含水層厚5.39m～10.42m，上距 二1煤層24.27m～25.81m，巖溶裂隙較發育。根據臨近盤區生產揭露情況，該含水層富水性強，為二1煤層直接充水含水層。

3 主要隔水盤區內隔水層自上而下分為以下幾層

（1）新近系粘土、泥質隔水層：由一套河湖相沉積的粘土、砂質粘土組成，厚度544～598m，呈半固結狀態，隔水性良好，可阻隔地表水、淺層水對礦床的影響。（2）二疊系砂質泥巖與泥巖隔水層;1煤頂板以上，在砂巖含水層間，均有砂質泥巖與泥巖，如小紫、大紫泥巖等， 厚度穩定，隔水性能好，在自然狀態下，是阻隔砂巖孔隙裂隙水垂向聯系的主要隔水層。

4 充水因素

三盤區大巷地質構造復雜，分別與FS3斷層和FS11斷層相接，受斷層影響，煤巖層裂隙發育，整體構造極為復雜。東部距二1煤層露頭較遠， 由于二1煤層露頭附近斷裂構造非常發育，造成太原組灰巖在此成為一個接受和存儲地下水的場所，為巷道主要補給水源。

5 突水原因分析及現場情況

三盤區受F30及FS3斷層影響，自開拓掘進以來先后依次揭露F112斷層、F176斷層、F180斷層、F181斷層、F182斷層，所揭露斷層皆為隱伏構造，三維地震勘探并未查明。受斷層影響多條巷道如13021工作面上順槽、13021工作面下順槽、三盤區三橫貫掘進都受到構造影響底板破碎， 掘進時巷道直接發生涌水現象。三盤區為礦井東部生產的主要儲備，開拓三盤區，形成回采工作面是完成礦井接替的重要環節，三盤區臨時水倉掘進至通尺81m，受F181、F187兩斷層拖拽、擠壓影響，巷道應力集中，圍巖破碎松軟，煤層酥軟呈粉末狀，構造應力及礦壓影響導致巷道發生底鼓，變形量達1.2m。

6 堵水加固方案

6.1 治水思路分析

針對三盤區復雜地質及水文地質條件，我礦目前主要采取地面區域治理超前加固與井下超前探相結合方式進行，該水害治理方式為目前國內領先的方式。而目前三盤區水害治理難點則在于構造探測與注漿鉆孔施工。

6.2 加固措施

①為防止巷道進一步發生底板變形，導致導水通道擴大，引發突水事故，要求區隊盡快對變電所及三盤區臨時水倉未架棚區段進行二次支護。

②根據目前情況，F181、F187兩斷層形成的高應力區影響范圍可能更大， 為降低風險需先在三盤區變電所架棚處做為鉆場，對出水點進行注漿封堵（前提已掘區域進行過二次支護）。

7 注漿加固方案及成果

7.1 井下注漿加固方案

本次三盤區運輸大巷超前探注鉆孔共設計鉆孔7個。在三盤區配電點（LS4測點南20m）二1煤層中布置1個鉆場，鉆場標高-662.6m，鉆場內設計5個鉆孔，分別為1#、2#、3#、4#、7#鉆孔。

7.2 突水點增大時治水方案

7.2.1 保證鉆場安全

①當出水點水量增大時，根據現場實際情況，考慮鉆場附近增加擋水墻，擋水墻位置設計在配電點與臨時水倉交叉口處和三橫貫處，確保鉆場正常施工。②施工單位應在鉆場附近應準備不少于500個編織袋。

7.2.2 注漿材料準備

當水量增大時，漿液應增加玻璃水及骨料（黃豆及海帶），必要時采取注化學漿的方式封堵，鉆場內應儲存不少于400kg的玻璃水和20t的化學漿。

7.2.3 注漿方式、材料和漿液配比情況

①注漿方式;采用地面注漿和井下注漿相結合的注漿方式。②注漿材料;地面注漿時采用型號為PCS·32.5普通散裝硅酸鹽水泥。③井下注漿時采用型號為P·O42.5R普通袋裝硅酸鹽水泥。

7.2.4 注漿要求

①鉆孔揭露含水層時優先進行地面注漿，注漿前先進行壓水試驗， 根據壓水情況決定漿液濃度。當地面注漿效果差或需添加注漿骨料時時， 則選擇井下注漿。②井下注漿出現漏漿時進行間歇性注漿，當間歇注漿無法控制巷道漏漿時，應采用井下注漿的方式，并在漿液里參加骨料，骨料選用鋸末、黃豆、海帶絲等材料。③鉆場內必須配備不少于50kg的鋸末、黃豆、海帶絲，以備注漿時使用。④在鉆孔注漿過程中，必須遵循連續注漿原則，目的是保證鉆孔進漿量，有效封堵導水通道。若跑漿，可采用間歇注漿或改變注漿材料，間歇時間一般為8小時。⑤如鉆孔揭露塌孔段較多，則在揭露含水層前先對塌孔段進行預注漿，確保注漿效果。⑥注漿時，鉆場內至少配置兩人。一人負責觀測、記錄孔口壓力，并做好與地面注漿站的溝通工作。

8 效益預算

①在井下利用現有鉆場及設備，布置鉆孔，對突水點進行封堵，節省做鉆場時間，為突水點封堵爭取有利時間。②巷道突水后，需及時進行封堵，否則無法進行采掘活動，嚴重影響開拓大巷掘進工作，耽誤礦井生產接替。

結束語：綜上所述，及時實施本項目工程，解決了煤礦井下構造復雜區域突水怎么進行有效封堵的難題，且為我礦挽回了巨大的安全效益。

參考文獻：

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