富鵬飛

（山西沁和能源集團(tuán)南凹寺煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

1 礦井水文地質(zhì)條件及分析

常村煤礦核定生產(chǎn)能力0.63Mt/a，可采煤層4層，由上到下分別是A5、A3、A2、A1煤層，煤系地層為侏羅系下統(tǒng)塔里奇克組下段。井田西部為由庫(kù)車河二級(jí)階地沖洪積砂礫石堆積形成的河谷地貌，井田邊界距河床平均距離約260m。井田地勢(shì)總體呈東高西低，地表基巖裸露，植被稀疏，沖溝發(fā)育，排泄條件良好。井田內(nèi)庫(kù)車河年徑流量為3.31億m3，平均流量為10.50m3/s，洪水期最大流量可達(dá)1940m3/s，該河流由北向南在井田西側(cè)流過(guò)。井田內(nèi)含水層可按其含水特性分為基巖層間裂隙水含水層，基巖風(fēng)化裂隙水含水層，燒變巖含水層及第四系沖洪積孔隙水含水層。礦井開(kāi)采后形成地下水降落漏斗，開(kāi)采標(biāo)高最低可至+1710m附近，較庫(kù)車河河床標(biāo)高低70m左右。礦井回采煤層標(biāo)高低于河床標(biāo)高時(shí)，河流水通過(guò)第四系含水層對(duì)煤層頂板基巖裂隙含水層進(jìn)行補(bǔ)給，河流為對(duì)礦井充水水源。

礦井為多煤層聯(lián)合開(kāi)采，煤層埋深由西到東逐漸加深，西部井田邊界處煤層埋深較淺，A5煤層開(kāi)采標(biāo)高處于該地區(qū)侵蝕基準(zhǔn)面10m左右，煤層頂板巖層風(fēng)化裂隙發(fā)育，風(fēng)化嚴(yán)重，A5煤層回采過(guò)程中礦井涌水量長(zhǎng)期穩(wěn)定在35m3/h左右，其主要充水水源為頂板砂巖裂隙水與大氣降水。部分A3煤層工作面開(kāi)采標(biāo)高低于河床標(biāo)高，隨著A3煤層工作面逐漸向深部回采，礦井涌水量逐漸加大，直至該煤層回采結(jié)束。該煤層回采期間，礦井最大涌水量為河流豐水期段的320m3/h。A3下A2、A1煤層回采階段，礦井涌水量未見(jiàn)明顯增加，根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，礦井最大涌水量為350m3/h。通過(guò)上述對(duì)回采期間礦井涌水量及涌水通道分析可知：庫(kù)車河水是礦井的主要充水源，充水通道為河床下的砂礫巖裂隙及煤層頂板的砂巖裂隙。

2 礦井地表水防治方案

對(duì)礦井充水機(jī)理與充水性進(jìn)行分析，庫(kù)車河水通過(guò)第四系孔隙水含水層補(bǔ)給捷斯德里克向斜軸部附近的A3煤層頂板砂巖風(fēng)化裂隙水含水層，再滲透補(bǔ)給礦井A3煤層采空區(qū)。因此，切斷地表河流與煤層頂板含水層之間的聯(lián)系通道是該礦水害防治的關(guān)鍵。

根據(jù)分析及工程實(shí)際情況，采用帷幕注漿手段阻斷地表河水與礦井西部A3煤層頂板砂巖含水層之間的水力聯(lián)系，從而達(dá)到水害防治的目的。具體方案為在礦井西部邊界與河流東側(cè)之間的一級(jí)階梯西邊緣處施工注漿鉆孔進(jìn)行帷幕注漿，形成南北走向約300m的帷幕墻，帷幕墻高度為40m，底部深入A3煤層頂板完整基巖10m左右，從而有效的阻斷第四系含水層與A3煤層頂板砂巖含水層的水力聯(lián)系。帷幕截留治水示意圖如圖1所示。

圖1 帷幕截留治水示意圖

3 鉆探施工技術(shù)分析

根據(jù)第四系沖洪積層和A3煤層頂板風(fēng)化砂巖的滲透特性，注漿壓力采用2Mpa，預(yù)計(jì)漿液滲透半徑為15～20m。對(duì)帷幕注漿工程選用雙排灌漿孔方案，灌漿孔孔距40m，預(yù)計(jì)單排孔注漿帷幕形成后，能治理約40%～60%的透水量。為保證能形成20～30m的防滲墻、并確保防滲墻的隔水效果，雙排灌漿孔排距設(shè)20m。

3.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

1）第四系沖洪積層中鉆進(jìn)時(shí)易出現(xiàn)卡鉆、踏孔、孔壁固結(jié)困難等情況，選用下設(shè)多級(jí)套管的方法對(duì)沖洪積層進(jìn)行分段固結(jié)。依次下入6m長(zhǎng)Φ127mm套管和Φ89mm套管，Φ89mm套管下設(shè)長(zhǎng)度根據(jù)鉆孔揭露A3煤層頂板砂巖的孔深確定。

2）Φ89mm套管耐壓試驗(yàn)合格后，用Φ75mm鉆頭鉆進(jìn)至A3煤層終孔，預(yù)計(jì)深度38～40m。

3.2 帷幕注漿技術(shù)要點(diǎn)

1）采用孔口封閉、自上而下分段注漿法，段長(zhǎng)不宜大于6m，采用循環(huán)注漿方式。每段先鉆孔，再注漿，凝固后接著鉆、注下一段。

2）每段注漿前進(jìn)行清水試壓，試壓時(shí)孔口壓力小于2MPa時(shí)進(jìn)行正常鉆、注施工；如果鉆孔壓力達(dá)到2MPa及以上時(shí)，該段不再進(jìn)行灌注，進(jìn)行下一段鉆、注。

3）注漿結(jié)束壓力設(shè)為2MPa，具體數(shù)值由注漿試驗(yàn)確定，或根據(jù)注漿試驗(yàn)另作調(diào)整。

4）注漿采用425#硅酸鹽水泥或以上強(qiáng)度等級(jí)水泥，根據(jù)情況需要，可添加速凝劑、水玻璃等相應(yīng)的外加劑。

5）注漿漿液由稀至濃逐漸變化，漿液水灰比為4級(jí)，分別為2:1，1:1，0.8:1，0.5:1。

6）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。①單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：孔口壓力達(dá)到2～2.5MPa，漿液配比1:1，吸漿量小于50L/min，穩(wěn)定時(shí)間在30min以上；②帷幕注漿工程結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)慰鬃{達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；鉆孔壓水試驗(yàn)合格。

4 工程的施工情況及其效果

4.1 施工情況

工程于2017年3月開(kāi)始實(shí)施，至2018年5月份完成野外工作，先后投入鉆機(jī)4臺(tái)，歷時(shí)11個(gè)月。共施工各種類型鉆孔30個(gè)，分別為25個(gè)注漿孔和5個(gè)檢查孔，總鉆進(jìn)長(zhǎng)度為6850m。30個(gè)鉆孔共灌注水泥漿3200t，骨料650t。注漿鉆孔成果圖如圖2所示。施工過(guò)程中鉆探表明導(dǎo)水通道主要集中在靠近捷斯德里克向斜軸部的100m區(qū)域內(nèi)，且該地區(qū)裂隙大，極為發(fā)育，因此，施工過(guò)程中，在該區(qū)域增加了注漿鉆孔，其他區(qū)域相應(yīng)減少了注漿鉆孔。

圖2 注漿鉆孔成果圖

4.2 注漿效果評(píng)價(jià)

1）在A3煤層上覆地層中建立了穩(wěn)定的隔水墻。通過(guò)施工注漿鉆孔，在礦井和庫(kù)車河間的第四系沖洪積層、A3煤層頂板風(fēng)化砂巖中形成了長(zhǎng)約300m，平均高度40m，有效寬度約30m的防滲墻，有效地阻斷了庫(kù)車河和礦井的水力聯(lián)系。

2）堵水效果分析。帷幕注漿工程施工前庫(kù)車河豐水期時(shí)對(duì)礦井最大補(bǔ)給量可達(dá)到350m3/h。通過(guò)帷幕截留，補(bǔ)給量大幅減小，目前礦井涌水量約150m3/h，庫(kù)車河對(duì)礦井的補(bǔ)給量減少200m3/h以上。

5 結(jié)論

1）對(duì)礦井主要充水水源和充水通道進(jìn)行分析，確定了主要充水水源為庫(kù)車河水，充水通道為庫(kù)車河階地砂礫石間孔隙和A3煤層頂板砂巖風(fēng)化裂隙。

2）根據(jù)第四系沖洪積層和A3煤層頂板風(fēng)化砂巖的滲透特性，對(duì)帷幕注漿工程選用雙排灌漿孔方案，灌漿孔孔距40m，通過(guò)施工注漿鉆孔，在礦井和庫(kù)車河間的第四系沖洪積層、A3煤層頂板風(fēng)化砂巖中形成了防滲墻，有效地阻斷了庫(kù)車河和礦井的水力聯(lián)系，施工后，庫(kù)車河對(duì)礦井的補(bǔ)給量減少200m3/h以上，有效的保證了礦井安全生產(chǎn)。