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        龍門峽南煤礦水患治理方案

        2014-08-11 12:18:35王建新唐輝
        中國(guó)煤炭工業(yè) 2014年10期
        關(guān)鍵詞:水射流溶洞水文地質(zhì)

        文/王建新唐輝

        龍門峽南煤礦水患治理方案

        文/王建新唐輝

        四川華鎣山廣能集團(tuán)龍門峽南煤礦礦區(qū)面積約18.6km2,規(guī)劃設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為60萬(wàn)噸/年,設(shè)計(jì)服務(wù)年限40年,可采儲(chǔ)量3123萬(wàn)噸,礦區(qū)地層巖性以可溶性碳酸鹽巖為主,碎屑巖次之。礦區(qū)為以溶蝕為主的中切割中低山地形地貌,巖溶漏斗、落水洞、沖溝等十分發(fā)育,井下巖溶、裂隙大都與地表連通。雨季時(shí),井下涌水量驟增驟減變化較大,風(fēng)井施工以來(lái)共發(fā)生過(guò)3次巖溶突水事故(突水地層均為P3c),最大突水量達(dá)到20000m3/h左右,對(duì)礦井施工造成嚴(yán)重水患威脅。為此,龍門峽南煤礦開(kāi)展水文地質(zhì)專項(xiàng)調(diào)查,采用“疏堵結(jié)合”的治理方案,取得明顯成效。

        一、方案設(shè)計(jì)

        經(jīng)分析確定采用“疏”與“堵”相結(jié)合方式對(duì)風(fēng)井區(qū)域揭露的6#、7#裂隙進(jìn)行治理,“疏”:施工專用放水巷對(duì)溶洞水與裂隙水進(jìn)行疏放;“堵”:一是采用環(huán)狀澆筑體+壁后注漿充填并保留原有的水流通道;二是采用高壓水射流對(duì)裂隙內(nèi)的軟弱層進(jìn)行沖洗+注漿充填封堵。同時(shí),開(kāi)展專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查,掌握井田區(qū)域水文地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)及深度,揭示與井下涌水相關(guān)的巖溶構(gòu)造,實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)的巖溶水害進(jìn)行預(yù)測(cè)和判定。

        1.放水巷。設(shè)計(jì)專用放水巷揭穿6#溶洞底部疏放雨季期間的巖溶涌水。

        2.環(huán)狀澆筑體+壁后注漿充填。鑒于回風(fēng)平硐為礦井強(qiáng)制負(fù)壓回風(fēng)巷道,巷道無(wú)大通道排水泄壓條件,且6#溶洞位于斜巷上方,兼之周圍有一定范圍的溶蝕構(gòu)造應(yīng)力解除裂隙發(fā)育帶及巷道施工松動(dòng)圈,如設(shè)旁道泄水,難以保證巷道安全,因此選擇采用“混凝土套壁封閉+注漿充填”的方式進(jìn)行治理。采用鋼筋混凝土套壁現(xiàn)澆對(duì)回風(fēng)平硐6#溶洞進(jìn)行封閉,并預(yù)留注漿孔,對(duì)5#溶洞擋水墻實(shí)施補(bǔ)強(qiáng)加固,然后通過(guò)注漿對(duì)回風(fēng)平硐6#溶洞空洞處與進(jìn)風(fēng)平硐的3#、4#巖溶裂隙帶實(shí)施可靠充填封閉,以增加溶洞影響區(qū)域巷道的抗壓強(qiáng)度,提高混凝土套壁封閉工程井筒抗壓強(qiáng)度,確保6#溶洞封堵之后高壓巖溶積水不會(huì)通過(guò)其他薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生突水事故。

        3.高壓水射流對(duì)裂隙內(nèi)的軟弱層進(jìn)行沖洗+注漿充填封堵。7#裂隙(底板高程+600.5m)所在地層長(zhǎng)興組,對(duì)應(yīng)地面水頭壓力最高水壓為3.9MPa。設(shè)計(jì)時(shí)按最高水壓的1.15倍即4.5MPa進(jìn)行,先在巷道內(nèi)對(duì)較大(寬度超過(guò)20mm)的裂隙進(jìn)行直接高壓水射流沖洗并注漿加固,然后采用帷幕鉆孔對(duì)所有裂隙進(jìn)行清洗并注漿,保證形成環(huán)狀帷幕封堵體。見(jiàn)圖1,7#裂隙帷幕注漿鉆孔圖,說(shuō)明見(jiàn)表1。

        4.專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查

        對(duì)井田區(qū)域內(nèi)地下水補(bǔ)、徑、排條件及巷道突水狀況進(jìn)行調(diào)查及整治,為煤礦的順利生產(chǎn)提供理論支持。其中,開(kāi)展連通試驗(yàn)主要有兩個(gè)目的:一是分析龍門峽南煤礦回風(fēng)平硐和回風(fēng)上山的涌水來(lái)源問(wèn)題,特別是6#溶洞的巖溶水來(lái)源問(wèn)題;二是龍門峽南煤礦回風(fēng)平硐地下暗河來(lái)源及去向問(wèn)題。

        圖1 7#裂隙帷幕注漿鉆孔圖

        二、方案實(shí)施

        1.放水巷施工。在+621m水平施工放水巷疏放6#溶洞及其影響區(qū)域巖溶涌水,巷道采用半圓拱斷面施工,巷寬2.7m,巷高2.75m。

        2.環(huán)狀澆筑體+壁后注漿充填施工。對(duì)6#溶洞進(jìn)行鋼筋混凝土現(xiàn)澆環(huán)形井筒支護(hù),并預(yù)埋注漿管。布筋采用3層鋼筋雙向布筋,主筋(橫向)采用Φ22mm螺紋鋼,副筋(縱向)采用Φ16mm螺紋鋼,拉筋采用Φ12mm圓鋼,主副筋間間排距均為300mm,拉筋間距600mm,主筋之間層間距為400mm,內(nèi)、外保護(hù)層厚度分別為80mm、70mm。

        (1)先進(jìn)行造假底,最底層用22KG鋼軌輔底,回填2~4cm碎石并在碎石層中安設(shè)注漿管進(jìn)行注漿造底。

        (2)混凝土澆筑,厚度為950mm,標(biāo)號(hào)為C30,配合比為水∶水泥∶河沙∶石子=0.51∶1∶1.31∶3.81(重量比)?;炷辆查L(zhǎng)18m。其中,6#溶洞前搭接5m(回風(fēng)平硐井口方向),后搭接8m?,F(xiàn)澆前先用清水對(duì)巷道巖壁進(jìn)行清洗,以保證現(xiàn)澆混凝土與巖壁結(jié)合密實(shí),并及時(shí)清除鋼筋、模板上的油漬污質(zhì)和積水。

        (3)壁后充填注漿,對(duì)6#溶洞混凝土套壁和溶洞之間的空洞部分進(jìn)行了CS雙液注漿處理以保證井筒抗壓強(qiáng)度,雙液注漿采用水玻璃(波美度為40)比水泥漿為1∶3(體積比)的雙液漿,水泥漿的水灰比為1∶1(重量比),見(jiàn)圖2,注漿竣工圖。

        3.高壓水射流對(duì)裂隙內(nèi)的軟弱層進(jìn)行沖洗+注漿充填封堵。對(duì)7#裂隙已揭露的部分直接進(jìn)行高壓水射流沖洗裂隙內(nèi)夾的軟弱層,沖洗后進(jìn)行人造止?jié){墻,止?jié){墻深度2.0m。在止?jié){墻外部注漿對(duì)裂隙進(jìn)行封堵。針對(duì)裂隙施工帷幕鉆孔,鉆孔設(shè)計(jì)在裂隙四周穿層施工,在孔內(nèi)進(jìn)行高壓水射流沖洗后注漿形成帷幕墻。

        4.專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查。開(kāi)展巖溶水文地質(zhì)測(cè)繪及巖溶調(diào)查等工作,完成資料分析、圖件編制、報(bào)告編寫工作。通過(guò)系統(tǒng)的地質(zhì)圖修測(cè)及物探、示蹤試驗(yàn)等技術(shù)手段詳細(xì)核查了調(diào)查范圍的地層巖性的變化規(guī)律,詳細(xì)核查了地表地質(zhì)構(gòu)造形態(tài),復(fù)核全區(qū)褶皺3個(gè),斷層2條。通過(guò)水文地質(zhì)調(diào)查與修測(cè),查明查區(qū)內(nèi)的水文地質(zhì)特征,系統(tǒng)編制了1∶10000水文地質(zhì)等圖件。

        三、結(jié)論

        1.通過(guò)2013年雨季檢驗(yàn)表明,+621m放水巷能夠有效疏放6#溶洞及其影響區(qū)域的巖溶涌水,+621m水平以下的7#裂隙封堵工程質(zhì)量可靠。

        2.通過(guò)專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查,基本探查清楚了井田區(qū)域水文地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)及深度,揭示與井下涌水相關(guān)的巖溶構(gòu)造,實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)的巖溶水害進(jìn)行預(yù)測(cè)、判定,專項(xiàng)調(diào)查表明,龍門峽南煤礦屬于頂板、底板巖溶充水礦床,水害治理主要是以“防”為主,通過(guò)排水和注漿支護(hù)等手段進(jìn)行治理。

        3.采用“疏堵結(jié)合”治理技術(shù)方案,極大地縮短了礦井建設(shè)時(shí)間。

        4.回風(fēng)平硐及回風(fēng)上山,在長(zhǎng)興灰?guī)r中已經(jīng)揭露的6#溶洞暗河系統(tǒng)發(fā)育復(fù)雜,涌水量大,短時(shí)間內(nèi)有一定的聚壓效應(yīng),應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)+621m放水巷的維護(hù)與監(jiān)測(cè)工作,并制定必要的應(yīng)急預(yù)案、措施。

        (作者單位:四川華鎣山廣能集團(tuán))

        (責(zé)任編輯:龐永厚)

        表1

        圖2注漿竣工圖

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