王 鎮(zhèn)
(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司燕子山礦,山西 大同 037037)
燕子山礦絞車(chē)硐室施工位置上覆存在本礦井早期開(kāi)采的盤(pán)區(qū)空巷,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),其空巷內(nèi)積水、積氣勢(shì)必給安全生產(chǎn)帶來(lái)較大的安全隱患[1]。為保證施工及后期設(shè)備使用的安全,特以此為背景,進(jìn)行大斷面上覆空巷積水隱患治理研究。
燕子山礦1035 東區(qū)材料暗斜井提升機(jī)硐室改造,井下位于侏羅系14-3#層309 盤(pán)區(qū),東部為實(shí)煤區(qū),南部為309 暗斜井,西部為1035 軌道巷,北部為實(shí)煤區(qū)。該硐室改造設(shè)計(jì)長(zhǎng)度191.6 m,其中特大斷面絞車(chē)硐室的設(shè)計(jì)規(guī)格為長(zhǎng)×寬×高=15 m×10 m×9.15 m,用于提升機(jī)及電控系統(tǒng)的改造;大斷面配電硐室的設(shè)計(jì)規(guī)格長(zhǎng)×寬×高=52 m×5.9 m×3.9 m,為石炭系3#、4#、5#層及8#各個(gè)盤(pán)區(qū)的材料下放和提升服務(wù)。巷道布置平面示意圖如圖1。
圖1 巷道布置平面示意圖
(1)水文地質(zhì)類型
上覆有永定莊砂巖裂隙含水層和大同組層間裂隙含水層及采空區(qū)積水,在斷層破碎帶、陷落柱及隔水層薄弱帶存在底板突水問(wèn)題,最大涌水量為5 m3/h,正常涌水量為3 m3/h。該工作面為大同組14-3 號(hào)煤層,對(duì)應(yīng)的直接充水含水層為侏羅系大同組層間裂隙含水層,單位涌水量在0.34~0.42 L/s·m之間,富水性中等,有一定的補(bǔ)給水源。由于工作面煤層底板標(biāo)高高于寒灰水水位168 m,故寒灰水對(duì)工作面無(wú)影響。同層采空區(qū)離巷道距離為70 m,影響不大。
(2)上覆采空區(qū)采掘及積水情況
工作面上覆對(duì)應(yīng)采空區(qū)有12-1#層的盤(pán)區(qū)軌道、皮帶、回風(fēng)三條大巷及兩條盤(pán)區(qū)輔助運(yùn)輸巷,同時(shí)在工作面與絞車(chē)房貫通處斜上方有12-1#層8910 采空區(qū)以及14-2#層8901 采空區(qū)。在該區(qū)域12-1#層與14-2#層呈現(xiàn)分叉合并現(xiàn)象,其中工作面與上覆12#層盤(pán)區(qū)軌道巷層間距約為8~10 m,與14-2#層層間距約為6~8 m。該工作面為大同組14~3 號(hào)煤層,對(duì)應(yīng)的直接充水含水層為侏羅系大同組層間裂隙含水層,單位涌水量在0.34~0.42 L/s·m 之間,富水性中等,有一定的補(bǔ)給水源。
經(jīng)過(guò)鉆探驗(yàn)證,絞車(chē)硐室距上覆輔運(yùn)空巷的距離為4.52 m,配電硐室距上覆盤(pán)區(qū)巷的距離為9.6~11.17 m,受炮掘施工影響,層間裂隙發(fā)育,涌水通道良好。掘進(jìn)過(guò)程中頂板淋水較大,尤其是掘進(jìn)至上覆巷道對(duì)應(yīng)位置時(shí),如圖2 中A、B、C、D、E 各點(diǎn)時(shí),淋水成線,最嚴(yán)重的是E 點(diǎn),日排水量超50 m3。
圖2 層間對(duì)照示意圖
經(jīng)過(guò)前期鉆探及取水化驗(yàn),分析為上覆空巷積水,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間放水之后,水量減少不大,判斷存在裂隙水補(bǔ)給。后期經(jīng)對(duì)早已封閉的上覆輔運(yùn)巷啟封后實(shí)地查看,也驗(yàn)證了這一判斷。
上覆積水會(huì)增加該硐室頂板載荷,對(duì)于如此近距離的層間距無(wú)疑是一個(gè)不利因素。同時(shí),層間裂縫發(fā)育破壞了頂板的整體性,淋水的不斷沖刷會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大這種破壞,對(duì)于后期頂板的維護(hù)勢(shì)必造成很大困難[2]。為了保證該硐室的安全使用,必須減少甚至解決硐室內(nèi)的頂板淋水,為配電硐室及絞車(chē)窩創(chuàng)造理想的使用環(huán)境。
現(xiàn)場(chǎng)初步治理情況:在掘巷過(guò)程針對(duì)上述空巷下的幾個(gè)大的淋水點(diǎn)已經(jīng)施工了放水孔,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間放水之后,其中C、D 兩處的水量減少明顯,只有局部淋水,而且不成線,其余地點(diǎn)淋水依舊很大。通過(guò)前期分析排查,考慮為上覆901 盤(pán)區(qū)巷及輔運(yùn)巷積水,而且存在補(bǔ)給,單純的放水已經(jīng)解決不了問(wèn)題[3],只要補(bǔ)給在、通道在,就會(huì)一直影響該硐室的正常使用。在此基礎(chǔ)上針對(duì)性地采取“人為引導(dǎo)水源水下排+主動(dòng)封堵過(guò)多通道”方案。
(1)疏:分別在A、B、C、D、E 等水量較大的地點(diǎn)向上覆巷道施工Φ127 mm 放水孔,并安裝專業(yè)放水管將水引至排水溝排放[4]。
(2)堵:① 注馬麗散充填裂縫。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè),本硐室與上覆巷道的層間距為4.5~11 m 間,層間距較小,受采掘影響裂縫發(fā)育,成為了積水良好的通道。故而重點(diǎn)是將這些通道全部封堵,減少積水的涌出通道。經(jīng)過(guò)調(diào)研對(duì)比,綜合對(duì)比成本、效果、技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)條件及經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)考慮到馬麗散是一種低黏度、雙組分合成高分子——聚亞胺膠脂材料,采用高壓灌注進(jìn)行堵水時(shí),當(dāng)樹(shù)脂和催化劑摻在一起時(shí)反應(yīng)(膨脹倍數(shù)為2~4 倍)、遇水產(chǎn)生二次滲壓(膨脹倍數(shù)為20~25 倍),本身反應(yīng)或發(fā)泡生成多元網(wǎng)狀密彈性體的特征,將馬麗散壓入并充滿所有縫隙,從而達(dá)到止漏目的[5]。最后決定使用充填馬麗散來(lái)封堵裂縫。② 表面噴漿,封堵表面裂縫,減少外部條件對(duì)硐室表面的影響,同時(shí)通過(guò)噴漿將排水管固定、覆蓋,增加硐室的美觀及對(duì)管路的保護(hù)。噴漿厚度100 mm。③ 對(duì)上覆空巷注粉煤灰,在其底板形成一層隔水層,阻斷積水通過(guò)底板下流的可能。
經(jīng)過(guò)治理后,上覆積水得到合理控制,基本均從各個(gè)放水孔中集中排放,其中C、D、E 三處的放水孔基本沒(méi)水。
通過(guò)跟蹤A、B 兩處出水點(diǎn)排水情況發(fā)現(xiàn),在日排50 m3的情況下連續(xù)排放30 d 之后,排水量明顯減少。通過(guò)對(duì)上覆空巷積水線進(jìn)行實(shí)測(cè)后,發(fā)現(xiàn)上覆積水基本消除,只是存在一些流動(dòng)的補(bǔ)給水,目前的排水量基本穩(wěn)定在5 m3/d。
利用頂板窺視儀對(duì)其層間巖層進(jìn)行窺視,層間裂隙基本被充填,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的出水點(diǎn)。通過(guò)噴漿有效地封堵了層間的淋水通道,硐室上覆頂板基本沒(méi)有明顯的出水點(diǎn),之前滿斷面淋水的情況得到了根本的治理,整個(gè)硐室表皮基本均為干燥,巷內(nèi)基本沒(méi)有積水。
“疏+堵”相結(jié)合的技術(shù)方案有效地消除上覆積水隱患,提升了硐室掘進(jìn)的安全性和施工效率的同時(shí),也保證了該硐室的正常使用,提高了硐室內(nèi)設(shè)備的使用安全及服務(wù)年限。
通過(guò)“疏+堵”相結(jié)合的技術(shù)方案達(dá)到合理治理上覆水患的目的:
(1)針對(duì)有補(bǔ)給條件的近距離水患的治理,堅(jiān)持以排為主,人為通過(guò)放水孔增加水流通道,減少上覆積水范圍,通過(guò)技術(shù)方案,實(shí)現(xiàn)了人為控制積水排放的途徑,達(dá)到合理控制水患的目的。
(2)發(fā)揮馬麗散粘結(jié)作用,將近距離裂隙發(fā)育的頂板粘結(jié)成整體,提升頂板穩(wěn)定的同時(shí),最大限度地利用馬麗散的封堵作用,尤其是遇水二次滲壓,增加膨脹倍數(shù)的性能,以較少的量,取得較大的封堵效果,真正起到封堵通道,保護(hù)頂板,有效地提高了硐室的使用安全的目的。
(3)通過(guò)向空巷內(nèi)注粉煤灰,起到隔斷積水的作用,有效地防止積水對(duì)空巷底板及層間距巖層的破壞,阻斷積水任意流散的同時(shí)人為創(chuàng)造排水通道引流至放水孔。