小窑采空区下方巷道淋水治理技术

周仲林

（山西省阳泉固庄煤矿，山西阳泉045060）



小窑采空区下方巷道淋水治理技术

周仲林

（山西省阳泉固庄煤矿，山西阳泉045060）

摘要：针对阳泉固庄煤矿丈八主平硐因小窑越界开采破坏上方保护煤柱，采空区积水造成巷道砌碹体壁后空洞充水，通过砌碹灰缝口，在巷道全断面蔓延，形成大范围乱流、乱渗、乱滴、乱冒、乱洒的淋水区，提出“堵、围、截、聚、放”的综合治理淋水方法。以水泥-水玻璃双液为主，高性能固特珑化学浆材料为辅的注浆“堵”漏方法，从外部“围”、中间“截”，使淋水逐渐“聚”集，最后集中排“放”到大巷道水沟中，同时巷道得到加固，上方小窑采空区水得到释放，取得了良好的技术效果。

关键词：采空区下方；巷道；淋水；注浆；治理

阳泉固庄煤矿矿井设计生产能力150万t，矿井采用平硐开拓方式，由于周围小煤窑非法越界开采，破坏了丈八主平硐保护煤柱，小煤窑采空区水通过裂隙渗入下部的丈八主平硐内，造成大范围的巷道淋水。夏季淋水加大，甚至小量涌水，严重腐蚀架空线和金属管线，甚至发生淋水触电伤人事故；冬季巷道顶部悬挂冰锥，底板轨道上坚冰覆盖，严重影响电机车通行和人员行走安全，严重影响生产运输，经常造成矿井停产。因此很有必要对巷道淋水进行治理。丈八主平硐为砌碹支护，碹体周围充填不实，存在空洞和裂隙，加上小煤窑破坏范围及采空区积水量不明，如果单纯采用堵漏的方法，巷道淋水范围可能通过裂隙蔓延扩大，增加治水工程量。因此，如何有效治理巷道淋水值得研究。

1　现场调研分析

1.1巷道布置及断面

丈八主平硐在15号煤层底板岩石中布置，平硐巷道全长2 300 m，距15号煤层底板平均距离25 m。巷道断面为半圆拱形，采用料石砌碹支护，为半圆拱形断面，巷道净宽4.2 m，净高3.5 m，铺设双轨运输轨道，两趟550 V架空线，右帮布置一趟1.5寸消防水管，3根信号线缆，左帮布置4根动力线缆，右侧底部有水沟。

1.2淋水区水文地质特征

巷道淋水段全长193 m，涌水实测值为30 m3/h。淋水区巷道距地表深度平均56 m，巷道顶距15号煤层底板仅5 m。根据丈八主平硐巷道施工地质剖面图，淋水区有间距为45 m的两条断层，施工过程中巷道顶板破碎，当时上方保护煤柱尚未受到破坏，无淋水现象发生。

该范围上部被小固庄村煤矿越界破坏15号煤层后形成采空区。15号煤层平均厚度为7 m，煤层厚度大，埋藏浅，断层裂隙发育，地表有塌陷，受地表水影响大。该范围对应地表为小固庄村河沟，大气降水积于河沟，通过断层裂隙渗入采空区，形成稳定的承压水补给源，再通过断层裂隙渗入丈八平硐大巷。巷道全断面滴水、淋水，受降雨影响较大，故雨季淋水、涌水加大，巷道顶帮铁锈红沉积遍布，明显为老空水。

1.3巷道淋水形成机理及特征

丈八主平硐为料石砌碹巷道，为被动支护，巷道周围松动破坏圈大，砌碹壁后难于充填密实，形成空洞，这些巷道壁后空洞是淋水的主要储存空间，松动破坏圈裂隙发达，是淋水的裂隙储水区，断层和裂隙导通小窑采空区，是淋水的导水通道，小窑采空区水是巷道淋水的承压补给源，砌碹巷道灰缝是淋水的出口。

砌碹巷道壁后空洞包络整条巷道，形成储水包络圈，通过砌碹灰缝口，淋水在巷道全断面蔓延，形成大范围乱流、乱渗、乱滴、乱冒、乱洒的淋水区。

1.4巷道淋水治理方法

砌碹巷道壁后围岩由外及里可分为浮碴层、空洞区、松动圈、裂隙层，对应灰缝出水口、空洞储水区、松动储水圈、裂隙导水层，上部为小窑采空积水区。封堵裂隙导水层裂隙，切断淋水补给源，填充空洞和松动圈，消除储水空间是治理巷道全断面蔓延淋水的有效方法。

由于小窑采空区储水空间大，且小窑已经停产封闭，储水量和积水范围无法祥查，故不可能采用充填采空区的方法彻底消除巷道上方的水患威胁。同时由于淋水补给源稳定，储水空间一定，流体处于一定稳定状态，如果封堵方法不当会打破流体稳定状态，造成淋水范围沿巷道长度方向蔓延扩大，从而增加了治水工程量。因而必须“堵、围、截、聚、放”的综合方法治理淋水。

“堵”：采用注浆的方法封堵空洞和裂隙，胶结破碎的浮碴层和围岩，加固加厚砌碹体。

“围”：由淋水区外围同时从两端注浆封堵，形成前后两个封堵带，将淋水封闭在两个注浆封堵带之间，防止淋水范围蔓延扩大。

“截”：在由“围”形成的前后两个封堵带区域中间，注浆加固形成中封堵带，此时三个封堵带将淋水区截成两个相等的区域，然后两个区域再分别用封堵带截成四个相等的区域。

“聚”：由“截”形成的4个区域，目的是将分散的淋水集中，形成4个聚水区，分别从巷道无水沟侧，向有水沟侧逐渐注浆，将淋水集中到有水沟侧，形成4个集中放水口。

“放”：在放水口打孔安装放水管，注浆封闭放水管间空隙，将水通过放水管流入平硐水沟内排出。

2　注浆施工参数设计

2.1注浆材料及配比参数

作为无机灌浆材料，水泥具有源广价廉，浆液结石体抗压强度高的优点，结石的力学特性与砌碹巷道的料石相近，因此用水泥浆注入砌碹体壁后可胶结浮碴层和充填空洞，加固砌碹体，形成共同承载体，是最适合砌碹巷道的注浆材料。但是水泥的最大缺点就是胶凝时间短，渗透性差，加入水玻璃后使其胶凝时间可调，提高可注性，但对深部小裂隙可注性差，注浆效果不佳。适合用作浅部空洞和宽裂隙注浆的材料。

固特珑堵水材料是一种化学高分子聚合物，具有较好的膨胀性和渗透性，与煤岩体均有较高的粘合力，在压力作用下可渗透到微裂隙之中，对深部微裂隙起到有效的封堵、固结作用，达到堵水、加固的目的。

综合以上分析，注浆堵水材料选用以复合水泥浆材为主，以高性能固特珑化学浆材料为辅，配合使用。

水泥注浆材料选择425号普通硅酸盐水泥、水玻璃双液浆。其配比如下：a.水泥浆液水灰比应控制在（0.7～0.9）：1。b.水玻璃波美度（浓度）为30%～45%。Be′模数2.4～3.4。c.水泥浆与水玻璃之比应控制在1：（0.1～0.3）。d.水泥与FGN加固补强型特种添加剂之间的比例应根据现场实际情况随时调整，一般宜控制在1：（0.005～0.01）。

GN-1型固特珑化学浆液，由体积相等的A、B两种有机高分子原料组成双浆液，用专用注浆泵按比例（1：1）压注施工，不需要调整。

2.2注浆施工基本参数

1）注浆孔深：根据巷壁煤岩体破坏特征，不仅封堵壁后裂隙，更要封堵围岩松动圈的导水通道和裂隙，采用深孔与浅孔相结合，深孔孔深3 m ,浅孔孔深1.5 m，浅孔注浆管φ42 mm×600 mm，钻孔直径φ=42 mm。

2）注浆终压：根据巷壁煤岩体的破碎情况，结合煤岩体最小抵抗面及碹体围岩条件，当巷道管路压风供风风量不低于3 m3/min，供风压力不低于0.5 MPa时，设计注浆终压控制在2 MPa～3 MPa。

3）扩散半径：结合现场实际情况，控制注浆压力，扩散半径2.5 m～3.0 m。

4）单孔注浆量：依据相关理论公式和经验数据计算，结合现场实际情况，单孔水泥注浆量按3 t/孔，固特珑注浆量60 kg/孔，施工中如遇地质条件发生较大变化，要及时调整注浆量。

2.3注浆孔布置

注浆孔排距5 m，每排布置3个孔，碹顶正中顶孔1个，孔垂直拱顶向上，两帮在拱基线上方各1个孔，拱弧径向打孔，以巷道中线对称轴左右对称布置。具体位置视现场出水位置和管线吊挂位置调整，深孔与浅孔交错布置，确保浆液渗透均匀。注浆孔布置见图1、图2。

图1　注浆孔布置与巷道围岩破坏带分布剖面图

图2　注浆孔布置与工程分段平面图

以出水点四周布孔为重点，根据现场注浆量及跑漏浆情况，对注浆管密度、深度和角度随时进行调整。

3　注浆施工方案

3.1工程量及分段

巷道淋水段全长193 m，外围两端各扩大3.5 m范围，以增强围堵淋水效果，封堵工程巷道总长度为200 m。每5 m布置一排注浆孔，一排3个3 m的深孔，一排3个1.5 m的浅孔，深孔排与浅孔排交错布置。深孔排20排，共60个深孔，浅孔排21排共63个浅孔。总共41排孔，123个注浆孔。共划分9个段，其中包括5个注浆封堵带，每个带长度均为25 m；4个注浆聚水区，每个区长度均为18.75m。注浆孔布置与工程分段平面图见图2。

3.2施工顺序及要求

3.2.1分段间施工顺序及要求

采用分段施工，两分段同时作业法，以缩短工期，减少对生产运输的影响。首先施工注浆封堵带，然后施工注浆聚水区。

注浆封堵带施工顺序：先施工注浆封堵带1和9，要求两个作业组同时施工平行作业，将整个淋水区封堵在注浆封堵带1和9之间，达到“围”的效果要求；然后施工注浆封堵带5，将整个淋水区中分截割成两个大的独立储水区；最后同时施工注浆封堵带3和7，将两个独立储水区中分截割为四个独立的注浆聚水区，达到“截”的效果要求。

注浆聚水区施工顺序：先施工注浆聚水区2和8，再施工注浆聚水区4和6，要求两个作业组同时施工平行作业，达到“聚”的效果要求。

3.2.2分段内施工顺序及要求

注浆封堵带内施工顺序：注浆封堵带内注浆施工是沿巷道长度方向推进。注浆封堵带1和9内，应从淋水区外围向中部施工，将淋水范围逐渐缩小，把淋水向中部集中。注浆封堵带5内，两个作业组，从分段中部分别向相反方向同时施工，将该带的淋区分别集中到两个大的独立储水区。注浆封堵带3和7，各由一个作业组分工同时作业，各带作业组从带中部向两侧施工，将大的独立储水区截割成左右两个聚水区，最终形成4个注浆聚水区。

注浆聚水区内施工顺序：注浆聚水区内注浆施工沿巷道宽度方向推进，从无水沟侧向有水沟侧逐渐注浆推进，将聚水区内的淋水集中到水沟侧，形成集中放水口。

4　注浆施工

4.1施工设备和材料准备

钻孔采用风钻或液压锚杆钻机打眼，并配备相应长度的钻杆。化学注浆采用QB6C型气动高压双液化学注浆泵，水泥注浆采用QB9C型气动双液注浆泵，与注浆设备配套的进风管路为φ19 mm高压风管20 m，出浆管规格为φ10 mm，长度10 m，5 m和2 m各若干根。准备425号普通硅酸盐水泥、水玻璃，GN-1型固特珑A、B组分化学双浆液。

4.2劳动组织及施工安排

为了减少对生产运输的影响，每天的检修班安排两个组同时施工。每班工作8 h，每班完成一个20 m的注浆量，每班每组各完成10 m的注浆量。200 m的注浆工程量，工期10 d。

注浆施工完毕，淋水集中在4个聚水区的放水口，然后施工放水孔并安装放水管，注浆封闭放水管间空隙，每个放水口安装3个放水管，一根短管长1.5 m，一根中管长3 m，一根长管7 m，中、短管放空洞和裂隙区剩余水量，长管放采空区水，放水管放入平硐水沟内排出，工期为1 d。

4.3施工工艺

标定孔位置→打注浆孔→安装注浆管→封堵注浆钻孔口→注浆系统与注浆管连接→注浆→清洗注浆系统→拆除注浆系统与注浆管。

4.4安全技术要求

1）施工时间架空线停电，大巷运输暂停或预留一侧轨道，在施工地段前后50 m设置红灯，并挂上警示牌，提示经过人员注意安全。

2）整个注浆系统高压端的联接件必须牢固。操作封孔器时不能正面面对，必须在注浆管内脉冲压力释放后再开启注浆阀门。

3）注浆时应按设计规定的浆液浓度、压力和注浆量进行注浆，针对淋水情况，并结合节理裂隙发育情况，合理调整浆液配比，以确保注入浆液有效的扩散半径，扩散半径控制在3 m以内，混合浆液初凝时间控制在2 min以内，保证有足够的注入量，使施工质量达到预期效果。

4）注浆孔位布置应遵循“分段，分批，逐步加密”的原则，针对不同的淋水情况布设深、浅孔，深孔排水降压，浅孔注浆；注浆时应遵循“先外后内、先稀后浓”的原则，即施工先从影响区边缘向中心逐段逼近，注浆液浓度应由稀逐渐变浓。

5）注浆压力：采用“分级升压法”进行注浆压力控制，开始注浆时，不宜将压力升至过高，而应由低到高逐渐提高，注浆压力一般控制出水点压力的2～3倍范围内。

6）在注浆过程中应随时观察出水点及周边节理裂隙的淋水情况，如出现窜浆、漏浆、注浆压力突然骤降等异常情况，应立即停止注浆，查明原因，应采取表面封堵、间歇注浆、加浓浆液等技术措施及时进行处理，处理好后方可恢复注浆施工。

7）配浆人员应保持浆液不吸空，随时观察泵的吸浆情况，保持两浆液的配比适中。

8）进行打眼、埋管、封孔、连管等作业时，应预先检查周围安全状况尤其检查迎头顶板维护情况，不得违章作业。

9）注浆完毕后，应立即用清水或机油清洗管路，并将泵、管路等归整码放整齐。

5　结论

以水泥-水玻璃双液为主，高性能固特珑化学浆材料为辅的注浆方法，注浆结束后，通过现场观测，砌碹体壁后的浮碴层与砌碹体胶结成一体，空洞和裂隙得到有效的封堵，加固堵水效果显著。巷道表面无明显渗漏现象，治水率达到90%以上，大范围乱流、乱渗、乱滴、乱冒、乱洒的淋水得以集中，通过放水管安全地排放到巷道水沟中，巷道得到加固，上方小窑采空区水得到释放，安全技术效果良好。

（编辑：杨鹏）

Treatment Technology on Water Spraying under Small Mine Gob Area

ZHOU Zhonglin
(Yangquan Guzhuang Mine, Yangquan 045060, China)

Abstract:In the main adit in Guzhuang Mine, the cross- border mining of some small mines destroyed upper protecting pillars, causing that gob water filled empty caves of brickwork, passed ash seam, spread to the whole cross- section, and formed an extensive water spraying area where water flowed, penetrated, dripped, burst, and sprayed wildly. Accordingly, the paper proposes a comprehensive treatment for the water spraying by plugging, enclosing, cutting, collecting, and discharging water. Grouting plugging method uses double- fluid with cement and water glass as the major groutingmaterial and high performance Gutelong chemical pulp material as supplement. The spraying water was enclosed from outside, cut in the middle, collected gradually, and finally discharged into a big ditch. In the meantime, the roadway was reinforced and upper small mine gob water was released.

Keywords:belowgob; roadway; water spraying; grouting; control and treatment

作者简介：周仲林（1969-），男，山西岚县人，大学本科，工程师，从事矿山救护工作。

收稿日期：2015- 10- 05

DOI:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.01.005

文章编号：1672- 5050（2016）01- 0015- 04

中图分类号：TD74

文献标识码：A