劉國興

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)軒崗煤電有限責(zé)任公司 劉家梁煤礦，山西 原平 034114)

我國煤層賦存地質(zhì)條件復(fù)雜多變，大量煤炭資源受水害威脅，資料顯示，我國是世界上受礦井水患威脅最嚴(yán)重的國家之一，截至目前，我國受水害威脅的礦井仍超過8 000座。礦井水患主要是地下水以突發(fā)等形式進(jìn)入礦井地下空間，具有易造成嚴(yán)重傷亡、救援難度大等特點(diǎn)，因此，礦井水害是制約我國煤礦安全高效生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。礦井水害的主要源頭是采空區(qū)積水和底板承壓水，這兩個(gè)源頭也是礦井水害防治的重點(diǎn)對象[1-6]。本文以劉家梁煤礦5137底抽巷多次發(fā)生巷道涌水為工程背景，采用鉆孔探查的方式查證分析了底抽巷涌水點(diǎn)導(dǎo)水通道，設(shè)計(jì)采用構(gòu)筑擋水墻進(jìn)行了涌水治理。

1 工程背景

5137工作面為劉家梁煤礦513采區(qū)最后一個(gè)回采工作面，工作面系統(tǒng)尚未形成，目前正在掘進(jìn)5137底抽巷。5137工作面東北為3條系統(tǒng)大巷，東南為5136工作面(正在回采)，西南和西北均為礦界，5137底抽巷位于5號(hào)煤層下部，局部巷道揭露6號(hào)煤層，該巷道最低底板標(biāo)高約+915 m，奧灰水位標(biāo)高為+1 134.32～1 150.79 m。5137底抽巷掘進(jìn)至305 m處時(shí)，迎頭頂板及左幫鉆場底板涌水明顯增大，涌水點(diǎn)水量9.5 m3/h，出水持續(xù)周期16 d；巷道向前掘進(jìn)至420 m時(shí)，巷道迎頭頂板及煤壁出現(xiàn)不同程度淋水，初期涌水量23 m3/h，15 d后水量減小為15 m3/h；后期在5137底抽巷施工順煤層探水鉆孔過程中，發(fā)生孔內(nèi)涌水，隨著孔內(nèi)水量增大，超出巷道排水能力，涌水量為80～130 m3/h，后期穩(wěn)定涌水量115 m3/h，影響到巷道正常掘進(jìn)，為此繼續(xù)開展5137底抽巷水害治理工作。

2 5137底抽巷導(dǎo)水通道探查分析

在5137底抽巷水害治理工作前應(yīng)查明涌水點(diǎn)水源及導(dǎo)水通道，采用鉆孔探查的方式查證5137底抽巷涌水點(diǎn)導(dǎo)水通道。

2.1 鉆孔布置與施工工藝

1) 鉆孔參數(shù)。5137底抽巷設(shè)計(jì)布置6個(gè)導(dǎo)水通道探查鉆孔，具體鉆孔參數(shù)如表1所示，設(shè)計(jì)鉆孔總尺831 m，鉆孔垂深控制在5號(hào)煤底板下30 m至奧灰含水層上部。

表1 5137底抽巷探查鉆孔參數(shù)

2) 鉆孔結(jié)構(gòu)。5137底抽巷導(dǎo)水通道探查鉆孔開孔孔徑為168 mm，提前下入5 m長D146 mm地質(zhì)套管，固管掃孔后，更換D133 mm鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)至15 m(具體施工過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定孔口管長度)，之后下入D108 mm孔口管，進(jìn)行注漿固管，固管后繼續(xù)換D89 mm鉆頭鉆進(jìn)至終孔，鉆孔結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 鉆孔結(jié)構(gòu)圖(mm)

3) 施工工藝。5137底抽巷導(dǎo)水通道探查鉆孔施工工藝如下：①按設(shè)計(jì)要求確定探查鉆孔位置及方位；②加固鉆場及穩(wěn)鉆；③將準(zhǔn)備好的孔口管插入打好的孔內(nèi)，采用水泥漿穩(wěn)固孔口管；④加裝高壓閥門及防噴裝置；⑤水泥漿凝固48 h后，沿孔口管掃孔繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)距離超出孔口管1～2 m后，進(jìn)行耐壓試驗(yàn)；⑥耐壓試驗(yàn)合格后，換D89 mm鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)至終孔，期間進(jìn)行三量(水量、水壓、水溫)觀測；⑦鉆孔測斜及封孔。

2.2 探查結(jié)果及分析

2.2.1 鉆孔探查結(jié)果

5137底抽巷共施工6個(gè)導(dǎo)水通道探查鉆孔，鉆孔總進(jìn)尺833.5 m，對探查鉆孔進(jìn)行了水量、水壓、水溫觀測，探查鉆孔水量在2～40 m3/h，水壓在0.2～1.6 MPa，水溫恒定在9 ℃，最大涌水和最大水壓均位于ZJ3-3鉆孔，探查鉆孔探測結(jié)果如表2所示。

表2 5137底抽巷探查鉆孔探測結(jié)果

2.2.2 聯(lián)通試驗(yàn)及分析

利用ZJ5-4、ZJ3-2、ZJ3-3等3個(gè)探查鉆孔進(jìn)行聯(lián)通試驗(yàn)。

1) 在ZJ5-4、ZJ3-2鉆孔設(shè)置導(dǎo)水管進(jìn)行放水試驗(yàn)。放水期間，兩個(gè)導(dǎo)水管的出水量在113～127 m3/h，兩個(gè)孔關(guān)閉時(shí)兩個(gè)導(dǎo)水管的出水量為147 m3/h，表明ZJ3-2、ZJ5-4兩個(gè)鉆孔可能在奧灰層位與5137突水點(diǎn)連通。

2) 在ZJ3-3鉆孔注漿后進(jìn)行聯(lián)通試驗(yàn)。兩個(gè)導(dǎo)水管(ZJ5-4、ZJ3-2鉆孔導(dǎo)水管)不返漿，ZJ3-3鉆孔掃孔至61 m處出水16.0 m3/h，注水泥34.3 t，兩個(gè)導(dǎo)水管的水量沒有明顯變化，說明在ZJ3-3孔深61 m以淺區(qū)域，ZJ3-3孔與5137突水點(diǎn)不存在聯(lián)系，后掃孔至原終孔位置126.2 m，水量35 m3/h，放水12 h后注水泥167.2 t。注漿結(jié)束后，兩個(gè)導(dǎo)水管的出水量減小為120 m3/h左右，說明ZJ3-3孔在深部區(qū)域(垂深40.64～75.41 m)與5137突水點(diǎn)有可能具有聯(lián)通性。

3 5137底抽巷擋水墻設(shè)計(jì)

5137底抽巷導(dǎo)水通道探查結(jié)果顯示，5137底抽巷導(dǎo)水通道可能與奧灰層位溝通，設(shè)計(jì)采用構(gòu)筑擋水墻進(jìn)行5137底抽巷水害治理，擋水墻設(shè)計(jì)如下：

1) 第1道臨時(shí)擋水引流墻。在5137底抽巷迎頭出水口處，施工1個(gè)臨時(shí)擋水引流墻，墻厚1.2～1.5 m，墻體采用整袋水泥碼放和紅磚沙漿結(jié)合施工，同時(shí)，設(shè)計(jì)預(yù)埋3趟D133 mm×6 mm 無縫鋼管導(dǎo)水引流管，1趟D50 mm注漿管，1趟D108 mm觀測管。

2) 第2道臨時(shí)擋水引流墻。在擋水墻前方選擇合適位置(3～5 m)再施工1道臨時(shí)擋水引流墻，將剩余滲水擋住引到排水管內(nèi)，保證擋水墻施工質(zhì)量，臨時(shí)擋水墻直接采用袋裝水泥碼放或紅磚沙漿結(jié)合施工，中間用水泥沙漿充填，總厚度為1.2 m，高度1.5～2 m，擋水墻內(nèi)預(yù)埋2趟D133 mm×6 mm無縫鋼管導(dǎo)水引流管、1趟D50 mm注漿管和1趟D108 mm觀測管。

3) 主擋水墻。在底抽巷涌水點(diǎn)后，圍巖穩(wěn)定、相對完整、強(qiáng)度較高的地段施工擋水墻，主擋水墻采用紅磚沙灰漿配合注漿的方式，施工形成一個(gè)完整的墻體，具體要求如下：①擋水墻四周開槽至穩(wěn)定圍巖，墻體沙灰漿飽滿，墻體接頂處要用磚壘實(shí)灰漿灌滿，最高處要預(yù)留加固注漿管，補(bǔ)注墻體接頂接幫處，使墻體達(dá)到完整無空隙的要求，四周(頂、底、兩幫)在現(xiàn)場通過預(yù)留加固注漿管，使用風(fēng)泵注漿加固后，形成一個(gè)完整的墻體。②墻體以里到迎頭，經(jīng)最低D133 mm導(dǎo)水引水管和D50 mm注漿管分別用大泵注漿、注實(shí)，經(jīng)墻里頂板最高D50 mm觀測管返出水泥漿為止。③凝固24 h后，再經(jīng)過D50 mm觀測管注漿加壓到3.0 MPa以上即可。④墻體和墻里注漿凝固24 h后，整體耐壓強(qiáng)度保證在8.0 MPa以上。5137底抽巷擋水墻設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 5137底抽巷擋水墻設(shè)計(jì)剖面圖

4 5137底抽巷水害治理

在劉家梁煤礦5137底抽巷掘進(jìn)迎頭構(gòu)筑擋水墻治理底抽巷涌水，具體施工如下：

1) 擋水墻施工：在5137底抽巷迎頭位置施工第1道臨時(shí)擋水墻，墻厚1.7 m，迎頭后退4 m施工第2道臨時(shí)擋水墻，總厚度為1.2 m，高度1.5～2 m，迎頭后退10 m位置施工主擋水墻，兩幫開槽0～1.0 m，底板開槽0.5～1.0 m，頂板開槽0.5～1.0 m，墻厚4.26 m。3道擋水墻施工共用沙子45 m3，磚53 000塊，水泥42 t。

2) 預(yù)埋管路：第1道臨時(shí)擋水墻內(nèi)預(yù)埋3趟D146 mm×6 mm無縫鋼管導(dǎo)水引流管，導(dǎo)水引流管放入墻體底部里面1.0 m左右，將水全部引流到管內(nèi)；1趟D50 mm注漿管，深入墻體10 m以上；1趟D108 mm觀測管，用于觀測注漿情況及注漿；第2道臨時(shí)擋水墻內(nèi)預(yù)埋1趟D133 mm×6 mm無縫鋼管導(dǎo)水引流管、1趟D50 mm注漿管和1趟D108 mm觀測管。

3) 主擋水墻注漿加固：主擋水墻內(nèi)預(yù)埋了36根6分管用于加固墻體，加固墻體用水泥5.25 t，第1道臨時(shí)擋水墻及主擋水墻之間注漿，用水泥181.5 t，擋水墻內(nèi)出水點(diǎn)封堵注漿，用水泥168.75 t，壓力1.2 MPa。

綜上所述，在劉家梁煤礦5137底抽巷掘進(jìn)迎頭采用構(gòu)筑擋水墻的方式治理了底抽巷涌水，避免劉家梁煤礦因5137底抽巷涌水造成更嚴(yán)重的水災(zāi)事故。

5 結(jié) 語

以劉家梁煤礦5137底抽巷多次涌水為工程背景，采用鉆孔探查的方式探查5137底抽巷導(dǎo)水通道可能與奧灰層位溝通，基于此，設(shè)計(jì)采用構(gòu)筑擋水墻的方式進(jìn)行治理。共施工3道擋水墻：第1道臨時(shí)擋水墻在迎頭位置施工，第2道臨時(shí)擋水墻距迎頭4 m處施工，主擋水墻距迎頭10 m處施工。采用構(gòu)筑擋水墻的方式治理了底抽巷涌水，避免劉家梁煤礦因5137底抽巷涌水造成更嚴(yán)重的水災(zāi)事故。