溫小偉

（同煤集體挖金灣煤業(yè)公司，山西 大同 037003）

挖金灣煤業(yè)位于山西省大同市，是同煤集團(tuán)下屬的一個(gè)核心煤礦。5137 底抽巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度 853m，巷道布置在 6#煤層中，采用綜掘機(jī)掘進(jìn)，支護(hù)方式為11#工字鋼配合錨網(wǎng)錨索支護(hù)。2018 年12 月5137 底抽巷掘進(jìn)至 305m 處時(shí)，迎頭頂板及左手幫鉆場(chǎng)底板涌水明顯增大，涌水點(diǎn)水量 9.5m3/h，出水持續(xù)周期 16d。巷道向前掘進(jìn) 420m 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 23m3/h，15d 后水量減小為 15m3/h。5137 底抽巷于4 月份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，發(fā)生巷道被淹事故，給煤礦井下的綜采作業(yè)安全造成了較大的隱患。為了提升煤礦井下綜采作業(yè)安全性，煤礦成立了安全改善小組，對(duì)5137 巷的涌水情況進(jìn)行分析。結(jié)合煤礦井下實(shí)際地質(zhì)條件，安全改善小組提出了建立防水閘墻、突水點(diǎn)封堵注漿等防治水害的技術(shù)方案[1]。根據(jù)在挖金灣煤業(yè)5137 底抽巷的實(shí)際應(yīng)用表明該綜合水害防治方案具有顯著的效果，極大地提升了煤礦井下綜采作業(yè)效率和安全性，目前已在大同煤業(yè)各礦井得到了廣泛的應(yīng)用。

1 防水閘墻設(shè)計(jì)

防水閘墻主要用于對(duì)井下涌水進(jìn)行封堵，避免出現(xiàn)透水事故。結(jié)合挖金灣煤礦井下的實(shí)際情況，提出了采用防水閘墻的方案。

5137 底抽巷所采用的防水閘墻的整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)倒錐子型，防水閘墻設(shè)置時(shí)的閘門墻體的應(yīng)力衰減段的長(zhǎng)度Li、防水閘門硐室最大掘進(jìn)斷面積S2可分別表示為[2]：

式中：

r0-結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.1；

ri-作用的分項(xiàng)系數(shù)， 取 1.3；

rd-結(jié)構(gòu)系數(shù)，取 2.0；

P-硐室設(shè)計(jì)承受的水壓，軌道巷水閘墻P= 2.4MPa；

fi-混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，C25 混凝土fi= 1.3MPa。

式中：

rsd-作用不定性系數(shù)，取 2.0；

fcc-混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，C25 混凝土fcc= 12.5MPa；

S-閘門墻前后巷道凈斷面積，S=11m2。

式中：

L-閘門的墻體長(zhǎng)度，m；

L0-閘門墻體回升段長(zhǎng)度，取 2.0～2.5m；

經(jīng)綜合分析，5137 底抽巷所采用的防水閘墻的長(zhǎng)度L=7m，其他結(jié)構(gòu)尺寸如圖1 所示[3]。

圖1 煤礦井下防水閘墻結(jié)構(gòu)示意圖

防水閘墻位置選擇在距離涌水點(diǎn)后圍巖穩(wěn)定、相對(duì)完整、強(qiáng)度較高的地段。先清理巷道底板淤泥和松動(dòng)巖層，清理基礎(chǔ)深度以挖到實(shí)巖為準(zhǔn)。排水管路鋪設(shè)在距離巷道底板標(biāo)高以上 0.8m、1.6m 和 2m 的三個(gè)位置，水平鋪設(shè)，共計(jì)4 趟108×8mm的無縫鋼管。閘墻內(nèi)側(cè)管口安裝濾網(wǎng)，閘墻外側(cè)管口安裝有高壓閘閥、壓力表，外端外露墻體 0.5m，控制排水水量并監(jiān)測(cè)水壓，管路要每隔 300mm 焊鋼筋以防滑動(dòng)。

注漿管路共計(jì)鋪設(shè)兩組，第一組用于加固墻體間空間與圍巖裂隙，第二組備用于注漿封堵涌水點(diǎn)。在閘墻外側(cè)管口安裝高壓閘閥和壓力表，外端外露墻體 0.5m，用于安裝注漿孔口裝置。管路要每隔 300mm 焊鋼筋以防滑動(dòng)?？稍兕A(yù)埋兩趟Φ108 ×8mm 無縫鋼管，下斜 15°左右，安裝高壓閥門，為后期注漿鉆孔施工做準(zhǔn)備，對(duì)墻體內(nèi)外側(cè)巷道的四周采用 200mm 厚的混凝土加固 5m。墻體四周掏槽，深度不小于 0.2m。澆注前掏槽和刷大斷面時(shí)，為使原巖體不受破壞，只能采用風(fēng)鎬剝離，不得使用爆破。

防水閘墻頂?shù)装?、圍巖開槽完成后，需進(jìn)行進(jìn)一步錨桿加固，以便增加圍巖強(qiáng)度及閘墻和圍巖之間的穩(wěn)定性。錨桿設(shè)計(jì)在兩幫打Φ16mm×1800mm 錨桿，排距 500mm，外漏 600mm，在正式施工前應(yīng)先進(jìn)行錨桿的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。混凝土墻體完工一周后進(jìn)行注漿。對(duì)防水閘墻疏水鉆孔關(guān)閉進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，在墻體不發(fā)生滲漏水現(xiàn)象的情況下，壓力穩(wěn)定24h，符合設(shè)計(jì)要求。

2 突水點(diǎn)封堵注漿

煤礦井下突水點(diǎn)的封堵注漿工藝主要包括了鉆機(jī)鉆孔、注漿、掃孔、反復(fù)注漿等工序，其中鉆機(jī)鉆孔對(duì)封堵注漿效果影響顯著。5137 底抽巷由于隔水層內(nèi)構(gòu)造裂隙發(fā)育，奧灰含水層富水性強(qiáng)，奧灰水具有一定導(dǎo)水高度，為確保鉆探過程中的安全，底板探查孔宜采用兩級(jí)套管作為孔口管。鉆孔結(jié)構(gòu)：開孔孔徑為Φ168mm，提前下入5m 長(zhǎng)Φ146mm 地質(zhì)套管，固管掃孔后更換Φ133mm 鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)至 15m（具體施工過程中，根據(jù)鉆孔位置承受水壓大小確定孔口管長(zhǎng)度），下入Φ108mm 孔口管。固管后繼續(xù)換Φ89mm 鉆頭鉆進(jìn)至終孔。鉆孔結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 煤礦井下鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

注漿的材料可以選擇42.5 普通硅酸鹽水泥，其質(zhì)量應(yīng)符合國家GB175-2007 標(biāo)準(zhǔn)[4]，不得使用受潮結(jié)塊的水泥或過期的水泥。該礦井下注漿時(shí)選擇了水泥—粉煤灰混合漿，該漿液適用于巖溶裂隙發(fā)育，但未見大溶洞、水量大于50m3/h 的鉆孔。水固比 1:1～3:1，固相比（水泥∶粉煤灰）1:1～1:3，可采用連續(xù)注漿方式，但注漿時(shí)間不超過漿液的初凝時(shí)間。

注漿量可根據(jù)單個(gè)鉆孔的注漿量計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，單孔的注漿量Q可表示為[5]：

式中：

A-漿液消耗系數(shù)，為0.12～0.15；

R-以注漿孔中心為基點(diǎn)的漿液有效擴(kuò)散半徑，取15.0m；

H-注漿段高，這里暫取注漿段高10m；

n-裂隙率，取5%；

B-漿液充填系數(shù)，為0.9～0.95；

m-漿液結(jié)石率，為0.85。

經(jīng)計(jì)算10m 孔深預(yù)計(jì)單孔注漿量Q約45m3。5137 底抽巷工作面需注入16524m3水泥漿（水灰比 1:1），按 60%的有效注漿段計(jì)算，需42.5 水泥約8500t。注漿時(shí)需要特別注意每孔注漿前都要觀測(cè)鉆孔水量和水壓，并進(jìn)行單孔放水，放水時(shí)間不少于 10min，以孔內(nèi)無巖粉、水變清為宜。安裝注漿管路后向孔內(nèi)壓水，其目的是擴(kuò)張裂隙，確定鉆孔的吸水量，以便調(diào)整注漿參數(shù)，提高注漿效果。壓入孔內(nèi)的水量不少于管路總體積的2 倍，無異常變化時(shí)才可以開始注漿。

目前該井下綜合防治水方案已經(jīng)在挖金灣煤業(yè)5137 巷進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證，根據(jù)對(duì)優(yōu)化后情況的跟蹤監(jiān)控，在整個(gè)綜采作業(yè)期間未再出現(xiàn)過涌水事故，極大地提升了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性，而且確保了井下綜采作業(yè)的連續(xù)性。綜采作業(yè)效率提升12.1%以上，得到了集團(tuán)的高度認(rèn)可。

3 結(jié)論

本文針對(duì)挖金灣煤業(yè)5137 底抽巷在綜采作業(yè)過程中出現(xiàn)涌水，嚴(yán)重影響煤礦井下綜采作業(yè)安全的情況，結(jié)合井下實(shí)際地質(zhì)條件，提出了建立防水閘墻、突水點(diǎn)封堵注漿等防治水害的技術(shù)方案，根據(jù)在挖金灣礦的實(shí)際應(yīng)用表明：

（1）防水閘墻位置選擇在距離涌水點(diǎn)后圍巖穩(wěn)定、相對(duì)完整、強(qiáng)度較高的地段，且注漿管路共計(jì)鋪設(shè)兩組，第一組用于加固墻體間空間與圍巖裂隙，第二組備用于注漿封堵涌水點(diǎn)。

（2）注漿的材料可以選擇42.5 普通硅酸鹽水泥，注漿時(shí)可選擇水泥—粉煤灰混合漿料，水固比 1:1～3:1，固相比（水泥∶粉煤灰）1:1～1:3。

（3）采用防水閘墻、突水點(diǎn)封堵注漿綜合封堵方案，能夠有效地降低井下出現(xiàn)突水的概率，提升煤礦井下綜采作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性。