文 ／馬振亞

2017 年，煤炭科學(xué)研究總院迎來了60 周年華誕。60年來，煤科總院累計(jì)承擔(dān)了行業(yè)70%的國家重點(diǎn)科技計(jì)劃項(xiàng)目，獲得了行業(yè)60%的國家級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)，攻克了一系列行業(yè)共性、基礎(chǔ)性的重大課題。為紀(jì)念60年的發(fā)展歷程，煤科總院的前輩和專家撰寫了一批紀(jì)念文章，真實(shí)記錄了幾代煤炭科技人員懷著對(duì)祖國和煤炭事業(yè)的熱愛，以無私奉獻(xiàn)精神勇攀煤炭科技高峰的典型事跡，用一項(xiàng)項(xiàng)輝煌的科技成果書寫了煤炭科技事業(yè)的不朽篇章，引領(lǐng)了煤炭工業(yè)的數(shù)次技術(shù)革命。

銘記歷史，不忘初心，中國煤炭學(xué)會(huì)黨委遴選出部分紀(jì)念文章以饗讀者。這些生動(dòng)的文字記載了重大科研攻關(guān)事件、科技創(chuàng)新歷程和科技領(lǐng)軍人物，定會(huì)鼓舞后來者在新時(shí)代煤炭科技征程中敢于擔(dān)當(dāng)，再創(chuàng)輝煌。

事故背景

1984年6月2日，開灤范各莊礦突然發(fā)生了一場舉世罕見的特大突水，突水點(diǎn)位于該礦二水平南一采區(qū)2171綜采工作面，突水構(gòu)造是隱伏于該采面煤體中央直徑為47～67米的橢圓形奧灰?guī)r溶陷落柱，柱的上部有8.72～32.12米垂高不等的空洞，容積約為3.9萬立方米，往下直到奧灰頂界面，為松散且大小不等的巖塊充填物，總量約為86.1萬立方米。奧灰水是通過陷落柱進(jìn)入煤系地層，由風(fēng)道突出的，導(dǎo)水性極強(qiáng)，突水高峰期675分鐘內(nèi)的平均突水量為每分鐘2053立方米。水的突出是潰入式的，突水后奧灰水位急劇下降，東礦區(qū)絕大部分奧灰供水井都失去了供水能力。在上方的地表，也相繼出現(xiàn)了17個(gè)直徑3～23.5米、深0.5～12米的巖溶坍陷坑。突水災(zāi)害嚴(yán)重影響了東礦區(qū)幾十萬人民的生產(chǎn)和生活。

6月4日，煤炭科學(xué)研究總院北京建井研究所領(lǐng)導(dǎo)接到煤炭部的通知后，指示注漿室立即組織人員趕赴開灤。相關(guān)人員當(dāng)晚趕到開灤呂家坨礦，在治水復(fù)礦指揮部的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，立即與開灤職工一起投入到治水復(fù)礦的戰(zhàn)斗中。

6月6日，當(dāng)范各莊礦淹井水位上升到-156米時(shí)，由于水壓升高，突破了范各莊礦與呂家坨礦的邊界煤柱，水涌入?yún)渭役绲V，最大過水量為每分鐘388.8立方米。很快，呂家坨礦也被淹了。6月12日，在呂家坨礦淹井水位上升到-334米時(shí)，在呂家坨礦和林西礦邊界煤柱也發(fā)現(xiàn)了滲水，其滲水量為每分鐘4立方米。當(dāng)呂家坨礦水位上升到-207.47米時(shí)，其滲水量增加到每分鐘17立方米，林西礦也被迫停產(chǎn)。由于與林西礦相毗鄰的趙各莊礦和唐家莊礦之間沒有完整的隔水煤柱，致使年產(chǎn)煤炭1315萬噸的整個(gè)東礦區(qū)處于危急之中，災(zāi)情十分嚴(yán)重。

突水災(zāi)害發(fā)生后，國務(wù)院、煤炭部領(lǐng)導(dǎo)都非常重視，多次親臨現(xiàn)場視察，并作了重要指示：必須確保林西礦，根治水患，早日恢復(fù)生產(chǎn)。

1984年6月，時(shí)任國務(wù)院副總理的李鵬聽取原注漿分公司經(jīng)理、注漿專家馬振亞關(guān)于范各莊礦大突水治理方案的匯報(bào)

為加快治水進(jìn)度，治水復(fù)礦指揮部請(qǐng)來全國大水礦井的治水專家進(jìn)行座談，并在7月、8月兩次請(qǐng)來匈牙利礦山開發(fā)中心的治水專家。匈牙利治水專家指出：這是世界上最大的礦山突水，在動(dòng)水條件下注漿堵水難度極大，只有30%的成功希望。他們建議引進(jìn)匈方的技術(shù)專利和大型造漿、注漿治水設(shè)備，預(yù)計(jì)要用6～8個(gè)月才能基本堵住突水，堵水效果為60%～70%。由于多種原因，治水復(fù)礦指揮部沒有采用匈方建議，而是立足于自己的技術(shù)力量和設(shè)備，在施工中不斷研究改進(jìn)注漿工藝，創(chuàng)造新的動(dòng)水注漿方法，不斷補(bǔ)充和完善治水方案，最終取得了成功。

治水方案

針對(duì)范各莊礦這次突水量大、水壓高、影響面大的特點(diǎn)，治水復(fù)礦指揮部決定采取“排、截、堵”綜合治水方案。排，就是為延緩迅猛上漲的水勢(shì)，在范各莊礦、呂家坨礦的井筒內(nèi)，安裝了20臺(tái)大型潛水泵，總排水能力達(dá)到每分鐘17130立方米，控制兩礦的水位，為保住林西礦和進(jìn)行注漿堵水贏得時(shí)間。截，就是為保住林西礦，在呂家坨礦和林西礦邊界煤柱一側(cè)打孔注漿，加固煤柱和封堵受采煤影響的導(dǎo)水裂隙帶，并在林西礦搶建必要的水閘墻。堵，就是對(duì)范各莊礦2171工作面突水點(diǎn)和范各莊礦、呂家坨礦邊界三條過水巷道進(jìn)行打鉆注漿封堵。全體抗災(zāi)治水人員在治水復(fù)礦指揮部的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，積極投人到緊張有序的治水復(fù)礦工作中，建井所注漿室參加治水的人員便在范各莊礦2171工作面出水點(diǎn)和范各莊礦、呂家坨礦邊界工地進(jìn)行堵水戰(zhàn)斗。

三條關(guān)鍵巷道的注漿施工

范各莊礦的水是通過三條巷道（主運(yùn)輸?shù)馈?2煤層導(dǎo)洞和總回風(fēng)巷）經(jīng)過軌道上山和二中石門涌入?yún)渭役绲V的，最大過水量為每分鐘388.8立方米。當(dāng)時(shí)，為保住林西礦，盡快恢復(fù)呂家坨礦，主要任務(wù)是為范各莊礦2171工作面突水點(diǎn)的封堵施工創(chuàng)造條件。治水復(fù)礦指揮部把封堵范各莊礦、呂家坨礦邊界三條巷道列為整個(gè)治水工程的重中之重，經(jīng)過對(duì)三條巷道的認(rèn)真分析，確定了注漿封堵巷道的技術(shù)難點(diǎn)：一是打注漿鉆孔透巷的命中率要高，因?yàn)橄锏谰嗟乇磔^深（主運(yùn)輸?shù)缆裆?34.2米，12煤層導(dǎo)洞埋深315米），要求測(cè)量準(zhǔn)確，鉆孔垂直度高；二是對(duì)巷道灌注骨料截流封頂板極為困難；三是巷道中水的流速快，對(duì)如何控制漿液流失不好掌握；四是如何把12煤層導(dǎo)洞加固好。針對(duì)上述技術(shù)關(guān)鍵，治水復(fù)礦指揮部的主導(dǎo)思想是先注骨料，后注漿加固。但是，由于水量大、水壓高，堵這樣大的涌水沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)，因而治水方案需要逐步修改補(bǔ)充、不斷完善。

初步的治水方案，是根據(jù)漿液固結(jié)體的強(qiáng)度和水的壓力確定了需要封堵加固的巷道長度，根據(jù)水的流速、骨料粒度和沉降速度等設(shè)計(jì)布置了三條巷道的鉆孔，并明確了材料規(guī)格、數(shù)量等。在施工過程中，雖然采用了多種骨料，但未能封頂，因此不具備注漿條件，于是又把原方案改為按過水巷道的具體條件劃分為阻力段、堵水段和加固段的“三段式”注漿堵水法。“三段式”注漿堵水法的技術(shù)組成有：堵水段、加固段長度的設(shè)計(jì)，建立阻水必備條件分析和依據(jù)，鉆孔的合理布設(shè)，打鉆透巷的技術(shù)要求，骨料的選擇及其大規(guī)模快速灌注的工藝流程和設(shè)備。為使巷道封頂，治水復(fù)礦指揮部采用了小徑下大水泥包、深孔爆破、速凝早強(qiáng)水泥漿的配制和大規(guī)模多孔聯(lián)合注漿的工藝設(shè)備技術(shù)措施、新型止?jié){塞等多項(xiàng)具有獨(dú)創(chuàng)性的補(bǔ)充措施。范各莊礦、呂家坨礦邊界三條巷道的堵水工程于1984年6月6日晚提出初步治水方案，6月11日第一臺(tái)鉆機(jī)開始鉆進(jìn)，到12月7日最后一個(gè)注漿孔結(jié)束，歷時(shí)183天，共施工鉆孔40個(gè)，總進(jìn)尺9729.75米，注入細(xì)砂5.83萬立方米、石碴2.12萬立方米、水泥0.911萬噸，水玻璃90.15立方米，還有體積為2～7立方米的水泥包29個(gè)，深孔爆破12次。經(jīng)實(shí)測(cè)，范各莊礦、呂家坨礦邊界過水量已減少到每分鐘0.8立方米，堵水率達(dá)99.6%。

2171工作面突水點(diǎn)的治理

要治理突水，首先要搞清突水點(diǎn)的水文地質(zhì)條件，必須邊勘探、邊治理，不斷修改治水方案，使之符合客觀實(shí)際。其次是在如此特大涌水量的動(dòng)水條件下如何注漿堵水？由于在國內(nèi)外均無經(jīng)驗(yàn)可循，必須在治水中不斷進(jìn)行研究、分析和試驗(yàn)，不斷總結(jié)提高。經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)踐，治水復(fù)礦指揮部在治水過程中逐漸形成了一套較完整的治水方法。

經(jīng)過勘探，治水復(fù)礦指揮部了解了導(dǎo)水陷落柱的形態(tài)和水流通道的情況，制定了陷落柱上部空洞灌注骨料充填壓實(shí)、中部注漿堵截通道、下部充填灌注攔截水源的“三段式”綜合治水方案——自陷落柱頂部空洞進(jìn)行骨料充填、壓實(shí)，以增加水的流動(dòng)阻力；在中部注入速凝漿液，使之在陷落柱中形成一個(gè)強(qiáng)度較高的“堵水塞”，阻止上涌的水流；下部進(jìn)行充填灌注攔截水源，降低流速，為中段堵水創(chuàng)造條件，并對(duì)中段“堵水塞”起到支撐作用，以防止其松動(dòng)掉落。上述治水方案的實(shí)施，加快了治水進(jìn)度，成功堵住了世界上罕見的特大礦井涌水。

開灤特大突水治理的成功，表明“三段式”綜合治水方案符合堵水規(guī)律，與匈牙利專家組提出的專利方案相比，從時(shí)間上、經(jīng)濟(jì)上、效果上都有明顯的優(yōu)越性。同時(shí)，通過堵水方案的實(shí)施，形成了一套較完整的特大突水治理的技術(shù)方法：一是鉆探工藝方面的防斜、導(dǎo)斜及在陷落柱破碎陷落的巖塊中的造孔技術(shù)取得了突破；二是在注漿材料、工藝方面的大流量水力灌砂系統(tǒng)和砂、碴水力自重灌注法，水泥、水玻璃加稠漿，水泥、粉煤灰、水玻璃加稠漿及其大漿量注漿系統(tǒng)，多孔大流量聯(lián)合注漿系統(tǒng)，引流誘導(dǎo)法注漿工藝，散裝水泥、粉煤灰射流造漿系統(tǒng)，水泥砂漿自重灌注系統(tǒng)等取得了重大成果；三是在水文地質(zhì)與治水效果分析計(jì)算方面，在地下水動(dòng)態(tài)和鉆孔跑漿的監(jiān)測(cè)方面，都取得了可喜的進(jìn)展。上述技術(shù)成果不僅對(duì)開灤特大突水的治理發(fā)揮了作用，也為今后礦山治理水害提供了寶貴的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，豐富了礦山治水技術(shù)。

開灤范各莊礦2171工作面陷落柱突水的綜合治理，不僅取得了世界礦山治水史上前所未有的技術(shù)成果，而且獲得直接經(jīng)濟(jì)效益20.9億元。該項(xiàng)目還榮獲了1985年國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。