注漿截流封堵技術(shù)在治理礦井潰水中的應(yīng)用

李 果

(中國神華神東地測(cè)公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

呼和烏素煤礦位于東勝煤田補(bǔ)連區(qū)內(nèi)。井田內(nèi)風(fēng)積砂遍布，北部及東部邊緣多為波狀沙丘，中部及西南部多為平沙地，地勢(shì)較為平緩。呼和烏素溝和補(bǔ)連溝為井田內(nèi)較大溝谷，基本為長年溪流，流向由西至東，流量隨季節(jié)變化較大。

井田地處烏蘭木倫河西緣，分兩部分，南側(cè)為呼和烏素井工礦，北側(cè)為呼和烏素露天礦。烏蘭木倫河流域小窯眾多，存在越界盜采現(xiàn)象，井下巷道互通，局部烏蘭木倫河水補(bǔ)給小窯巷道，存在大量積水。

2013年5月27日，露天礦在采掘過程中導(dǎo)通小窯巷道積水，而后積水又潰入井工礦。從11時(shí)40分至下午16時(shí)，估算潰入井下水量約300萬m3，導(dǎo)致井工礦及相鄰多個(gè)礦井停產(chǎn)。

1 潰水原因及治理方案

1.1 潰水原因

根據(jù)呼和烏素礦3#煤層采掘工程平面圖可知，3#煤層回風(fēng)大巷及運(yùn)輸大巷是露天礦與井工礦的主要連接通道。分析本次潰水的原因是:露天礦3#煤在采掘爆破過程中，與臨近未知小窯巷道導(dǎo)通，小窯巷道積水瞬時(shí)涌入3#煤采坑，采坑積水水位增高，水壓增大，沖破3#煤層回風(fēng)大巷及運(yùn)輸大巷的混凝土密閉，潰入井下，導(dǎo)致淹井。

1.2 治理方案

經(jīng)過上述原因分析，烏蘭木倫河流域小窯巷道積水為本次潰水事故的潰水水源，需封堵其補(bǔ)給通道，切斷呼和烏素礦與小窯巷道積水之間的水力聯(lián)系，才能確保礦井及時(shí)恢復(fù)安全生產(chǎn)?？紤]到切斷露天礦采坑與小窯巷道之間水力聯(lián)系施工難度大，且潰水對(duì)井工礦井安全威脅巨大;因此，本次施工先期進(jìn)行露天采坑與井工礦之間導(dǎo)水通道的截流堵水，以保證井工礦井安全。

目前，常采用投料注漿固結(jié)封堵技術(shù)截流堵水，此技術(shù)較為經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠。

由于井工礦井已停產(chǎn)，井下施工存在安全隱患，確定在地面對(duì)3#煤兩條大巷進(jìn)行封堵。首先在地面施工鉆孔與井下巷道貫通，然后通過鉆孔投入骨料并注漿，在巷道內(nèi)形成一堵密閉墻，密閉墻形成后可有效阻止采坑積水通過巷道進(jìn)入呼和烏素礦井工礦生產(chǎn)區(qū)域，以保證礦井安全生產(chǎn)。

2 注漿截流封堵設(shè)計(jì)

2.1 注漿截流封堵密閉墻參數(shù)選取

露天礦采坑積水水位標(biāo)高+1 098.6m，井下巷道水位標(biāo)高 +1 077.57m，密閉墻需承受水壓約0.21 MPa。根據(jù)《采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》防水閘墻設(shè)計(jì)規(guī)定，呼和烏素礦巷道實(shí)測(cè)資料及礦區(qū)周邊礦井注漿截流封堵經(jīng)驗(yàn)，每堵密閉閘墻設(shè)計(jì)長度 L=20m，寬度 A=5.00m，高度 H=4.50m。

2.2 注漿截流封堵鉆孔布置

鉆孔分為三類:一類為主投料孔，投入混凝土;二類為投料注漿孔，投入粗細(xì)骨料并注漿;三類為注漿孔。注漿擴(kuò)散半徑按照大于5m設(shè)計(jì)，共布置鉆孔26個(gè);其中:每條巷道布置鉆孔13個(gè)，兩端分別布置5個(gè)(1個(gè)主投料孔，2個(gè)投料注漿孔，2個(gè)注漿孔)，中間布置3個(gè)(主投料孔)。如圖1、圖2所示。

圖1 注漿密閉工程布置圖

2.3 注漿參數(shù)選取

本工程確定采用一次全孔間歇式充填注漿、注砂石工藝。

1)注漿壓力:注漿壓力通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，選取1.5 MPa。

2)水泥漿液配比:水灰比:1:1。

3)材料選取:水泥采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通硅酸鹽水泥;用水符合混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)要求，pH值大于4;骨料選用0.5～3 cm石料;混凝土選用C35混凝土。

圖2 注漿密閉墻斷面示意圖

2.4 施工順序

本次注漿截流封堵，首先在封堵段兩端依次施工主投料孔、投料注漿孔、注漿孔，進(jìn)行投料注漿形成密閉帷幕墻;待兩端密閉帷幕墻形成后，在封堵段中部施工主投料孔灌入混凝土;待混凝土墻接頂后，再進(jìn)行加壓注漿填充密實(shí)，形成整體的截流封堵密閉墻。

3 注漿截流封堵施工技術(shù)要求

3.1 截流封堵鉆孔施工

3.1.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

主投料孔及投料注漿孔鉆孔結(jié)構(gòu):松散層孔徑為273 mm，下入219 mm的護(hù)壁管，以防止塌孔;基巖孔徑為190 mm裸孔。注漿孔松散層孔徑為220 mm，下入168 mm護(hù)壁管，基巖孔徑為150 mm裸孔。

3.1.2 鉆探技術(shù)要求

各孔按工程鉆孔規(guī)范要求，孔斜率小于8‰，確保與井下巷道貫通。主投料孔及投料注漿孔為無芯鉆進(jìn);注漿孔在臨近3#煤底板約2m處為取芯鉆進(jìn)，以確認(rèn)巷道是否存有浮煤，確保其不影響注漿封堵密閉墻強(qiáng)度。

3.2 骨料及混凝土灌入

投入骨料及混凝土之前將鉆桿下到孔底，探明孔底深度，并輸送清水清洗鉆孔;確?？變?nèi)無泥、沙等雜物后進(jìn)行投料，當(dāng)骨料及混凝土充填高度距巷道頂板0.3m左右時(shí)，停止投料;投料完成后再次輸送清水清洗鉆孔，防止堵孔;清洗完成后進(jìn)行注漿。

3.3 注漿

注漿開始前，先將鉆桿下入鉆孔底部，檢查有無堵孔等情況，并核實(shí)鉆孔深度;鉆桿下完后，孔口連接注漿管，安裝密閉裝置，進(jìn)行簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，持續(xù)時(shí)間約20 min，檢查泵與管路系統(tǒng)的完好狀態(tài)，并根據(jù)孔口壓力變化情況，判斷孔內(nèi)地層裂隙、空隙的發(fā)育程度及可灌程度。

利用鉆探資料(巖石破碎程度、耗水量、巷道特征及冒落帶高度、是否有掉鉆、埋鉆等)、孔深測(cè)量結(jié)果、壓水試驗(yàn)結(jié)果等進(jìn)行單孔注漿量設(shè)計(jì)。

注漿過程中，按照設(shè)計(jì)注漿量選用漿液先稀后稠逐漸加濃的注漿方法進(jìn)行注漿，注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求的1.5MPa，穩(wěn)定半小時(shí)后停止注漿。當(dāng)注漿量超出設(shè)計(jì)注漿量，孔口仍不起壓時(shí)，采取間歇式注漿方法，間歇時(shí)間為12h;間歇后注漿同樣是先稀后稠逐漸加濃的注漿方法進(jìn)行注漿，直至達(dá)到注漿壓力結(jié)束標(biāo)準(zhǔn);停注之后和復(fù)注之前在注漿管內(nèi)壓入清水，防止?jié){液凝結(jié)，堵塞注漿管。

本次注漿截流封堵工程從2013年7月6日開始施工至2013年7月31日竣工，歷時(shí)25 d。共注入骨料1 243m3，C35 混凝土 288m3，水泥 870 t。

4 注漿截流封堵結(jié)果評(píng)價(jià)

(1)工程結(jié)束后進(jìn)行了檢查孔施工，未發(fā)現(xiàn)掉鉆、卡鉆、漏水等空洞(裂隙)現(xiàn)象;各檢查孔注漿(注水)試驗(yàn)壓力達(dá)到2.5 MPa并穩(wěn)定10 min，吸漿(水)接近0。說明通過工程手段在巷道內(nèi)形成了較為密閉的堵水墻，封堵效果良好，施工工藝可行。

(2)本工程采用地面注漿封堵施工方案，地面施工修路平場(chǎng)簡(jiǎn)便，利用設(shè)備簡(jiǎn)單;相對(duì)井下施工，安全、簡(jiǎn)便可行。

(3)本工程施工工期僅25 d，節(jié)約大量時(shí)間，保證了礦井安全順利恢復(fù)生產(chǎn)，減少礦井經(jīng)濟(jì)損失，經(jīng)濟(jì)可行。

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