李 果

(中國神華神東地測公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

呼和烏素煤礦位于東勝煤田補連區(qū)內(nèi)。井田內(nèi)風(fēng)積砂遍布，北部及東部邊緣多為波狀沙丘，中部及西南部多為平沙地，地勢較為平緩。呼和烏素溝和補連溝為井田內(nèi)較大溝谷，基本為長年溪流，流向由西至東，流量隨季節(jié)變化較大。

井田地處烏蘭木倫河西緣，分兩部分，南側(cè)為呼和烏素井工礦，北側(cè)為呼和烏素露天礦。烏蘭木倫河流域小窯眾多，存在越界盜采現(xiàn)象，井下巷道互通，局部烏蘭木倫河水補給小窯巷道，存在大量積水。

2013年5月27日，露天礦在采掘過程中導(dǎo)通小窯巷道積水，而后積水又潰入井工礦。從11時40分至下午16時，估算潰入井下水量約300萬m3，導(dǎo)致井工礦及相鄰多個礦井停產(chǎn)。

1 潰水原因及治理方案

1.1 潰水原因

根據(jù)呼和烏素礦3#煤層采掘工程平面圖可知，3#煤層回風(fēng)大巷及運輸大巷是露天礦與井工礦的主要連接通道。分析本次潰水的原因是:露天礦3#煤在采掘爆破過程中，與臨近未知小窯巷道導(dǎo)通，小窯巷道積水瞬時涌入3#煤采坑，采坑積水水位增高，水壓增大，沖破3#煤層回風(fēng)大巷及運輸大巷的混凝土密閉，潰入井下，導(dǎo)致淹井。

1.2 治理方案

經(jīng)過上述原因分析，烏蘭木倫河流域小窯巷道積水為本次潰水事故的潰水水源，需封堵其補給通道，切斷呼和烏素礦與小窯巷道積水之間的水力聯(lián)系，才能確保礦井及時恢復(fù)安全生產(chǎn)。考慮到切斷露天礦采坑與小窯巷道之間水力聯(lián)系施工難度大，且潰水對井工礦井安全威脅巨大;因此，本次施工先期進行露天采坑與井工礦之間導(dǎo)水通道的截流堵水，以保證井工礦井安全。

目前，常采用投料注漿固結(jié)封堵技術(shù)截流堵水，此技術(shù)較為經(jīng)濟合理、安全可靠。

由于井工礦井已停產(chǎn)，井下施工存在安全隱患，確定在地面對3#煤兩條大巷進行封堵。首先在地面施工鉆孔與井下巷道貫通，然后通過鉆孔投入骨料并注漿，在巷道內(nèi)形成一堵密閉墻，密閉墻形成后可有效阻止采坑積水通過巷道進入呼和烏素礦井工礦生產(chǎn)區(qū)域，以保證礦井安全生產(chǎn)。

2 注漿截流封堵設(shè)計

2.1 注漿截流封堵密閉墻參數(shù)選取

露天礦采坑積水水位標(biāo)高+1 098.6m，井下巷道水位標(biāo)高 +1 077.57m，密閉墻需承受水壓約0.21 MPa。根據(jù)《采礦工程設(shè)計手冊》防水閘墻設(shè)計規(guī)定，呼和烏素礦巷道實測資料及礦區(qū)周邊礦井注漿截流封堵經(jīng)驗，每堵密閉閘墻設(shè)計長度 L=20m，寬度 A=5.00m，高度 H=4.50m。

2.2 注漿截流封堵鉆孔布置

鉆孔分為三類:一類為主投料孔，投入混凝土;二類為投料注漿孔，投入粗細骨料并注漿;三類為注漿孔。注漿擴散半徑按照大于5m設(shè)計，共布置鉆孔26個;其中:每條巷道布置鉆孔13個，兩端分別布置5個(1個主投料孔，2個投料注漿孔，2個注漿孔)，中間布置3個(主投料孔)。如圖1、圖2所示。

圖1 注漿密閉工程布置圖

2.3 注漿參數(shù)選取

本工程確定采用一次全孔間歇式充填注漿、注砂石工藝。

1)注漿壓力:注漿壓力通過現(xiàn)場試驗確定，選取1.5 MPa。

2)水泥漿液配比:水灰比:1:1。

3)材料選取:水泥采用強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥;用水符合混凝土用水標(biāo)準要求，pH值大于4;骨料選用0.5～3 cm石料;混凝土選用C35混凝土。

圖2 注漿密閉墻斷面示意圖

2.4 施工順序

本次注漿截流封堵，首先在封堵段兩端依次施工主投料孔、投料注漿孔、注漿孔，進行投料注漿形成密閉帷幕墻;待兩端密閉帷幕墻形成后，在封堵段中部施工主投料孔灌入混凝土;待混凝土墻接頂后，再進行加壓注漿填充密實，形成整體的截流封堵密閉墻。

3 注漿截流封堵施工技術(shù)要求

3.1 截流封堵鉆孔施工

3.1.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

主投料孔及投料注漿孔鉆孔結(jié)構(gòu):松散層孔徑為273 mm，下入219 mm的護壁管，以防止塌孔;基巖孔徑為190 mm裸孔。注漿孔松散層孔徑為220 mm，下入168 mm護壁管，基巖孔徑為150 mm裸孔。

3.1.2 鉆探技術(shù)要求

各孔按工程鉆孔規(guī)范要求，孔斜率小于8‰，確保與井下巷道貫通。主投料孔及投料注漿孔為無芯鉆進;注漿孔在臨近3#煤底板約2m處為取芯鉆進，以確認巷道是否存有浮煤，確保其不影響注漿封堵密閉墻強度。

3.2 骨料及混凝土灌入

投入骨料及混凝土之前將鉆桿下到孔底，探明孔底深度，并輸送清水清洗鉆孔;確?？變?nèi)無泥、沙等雜物后進行投料，當(dāng)骨料及混凝土充填高度距巷道頂板0.3m左右時，停止投料;投料完成后再次輸送清水清洗鉆孔，防止堵孔;清洗完成后進行注漿。

3.3 注漿

注漿開始前，先將鉆桿下入鉆孔底部，檢查有無堵孔等情況，并核實鉆孔深度;鉆桿下完后，孔口連接注漿管，安裝密閉裝置，進行簡易壓水試驗，持續(xù)時間約20 min，檢查泵與管路系統(tǒng)的完好狀態(tài)，并根據(jù)孔口壓力變化情況，判斷孔內(nèi)地層裂隙、空隙的發(fā)育程度及可灌程度。

利用鉆探資料(巖石破碎程度、耗水量、巷道特征及冒落帶高度、是否有掉鉆、埋鉆等)、孔深測量結(jié)果、壓水試驗結(jié)果等進行單孔注漿量設(shè)計。

注漿過程中，按照設(shè)計注漿量選用漿液先稀后稠逐漸加濃的注漿方法進行注漿，注漿壓力達到設(shè)計要求的1.5MPa，穩(wěn)定半小時后停止注漿。當(dāng)注漿量超出設(shè)計注漿量，孔口仍不起壓時，采取間歇式注漿方法，間歇時間為12h;間歇后注漿同樣是先稀后稠逐漸加濃的注漿方法進行注漿，直至達到注漿壓力結(jié)束標(biāo)準;停注之后和復(fù)注之前在注漿管內(nèi)壓入清水，防止?jié){液凝結(jié)，堵塞注漿管。

本次注漿截流封堵工程從2013年7月6日開始施工至2013年7月31日竣工，歷時25 d。共注入骨料1 243m3，C35 混凝土 288m3，水泥 870 t。

4 注漿截流封堵結(jié)果評價

(1)工程結(jié)束后進行了檢查孔施工，未發(fā)現(xiàn)掉鉆、卡鉆、漏水等空洞(裂隙)現(xiàn)象;各檢查孔注漿(注水)試驗壓力達到2.5 MPa并穩(wěn)定10 min，吸漿(水)接近0。說明通過工程手段在巷道內(nèi)形成了較為密閉的堵水墻，封堵效果良好，施工工藝可行。

(2)本工程采用地面注漿封堵施工方案，地面施工修路平場簡便，利用設(shè)備簡單;相對井下施工，安全、簡便可行。

(3)本工程施工工期僅25 d，節(jié)約大量時間，保證了礦井安全順利恢復(fù)生產(chǎn)，減少礦井經(jīng)濟損失，經(jīng)濟可行。

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