构造复杂区域突水封堵的可行性研究

韩久方

摘  要：全国煤矿共发生水害事故91起、死亡393人（其中较大以上水害事故51起、死亡345人，分别占56%、87.8%），平均每年有79名矿工生命被水患吞噬。去年3月10日，河南能源集团鹤煤十矿采煤工作面奥灰突水淹井，最大涌水量4300m3/h以上，涉险人员多达204人;5月25日，安徽淮南矿业集团潘二矿掘进工作面奥灰突水淹井，最大涌水量14500m3/h。

关键词：突水;断层;治水措施

引言：如今各种先进的物探仪器层出不穷，然而商家过大的夸大其探测地质异常区的能力和精准度，但在实际开拓和回采中巷道与工作面仍存在未发现的隐伏断层，巷道隐伏断层附近可能发生底鼓突水现象，当突水后不及时采取有效的防治措施，定会造成不可估量的灾难。针对突水事故分秒必争，故如何在构造复杂区域进行突水封堵显得尤为重要。

1 突水地点巷道四邻关系

三盘区大巷位于矿井东部，标高-630m～-690m，西邻FS3、FS11断层，北邻FS3断层，南部与11071工作面相邻。三盘区回风大巷设计长度764m，三盘区运输大巷设计长度770

2 水文地质

（1）主要含水、根据岩性、水力性质和富水性，盘区内含水层自上而下分为以下几层：新近系底部砾岩含水层：盘区内主要分布在12751、12651孔以东的近露头部分，根据《赵固二井田勘探报告》，在临近二盘区13151孔对该含水层进行抽水试验，单位涌水量0.135L/s.m。在本盘区底砾岩分布区域为厚层粘土层的“天窗区”，直接覆盖于煤系地层上部， 该处基岩厚121.0m～166.7m。新近系地层底部砾石层含水层厚度范围为4.35m～7.41m，厚度小于10m。根据《焦作煤业集团赵固二矿提高开采上限可行性研究报告》，该含水层在本盘区内为弱富水性。（2）煤层顶板砂岩含水层。主要由大占砂岩和香炭砂岩组成，厚13m左右，其中大占砂岩距二1煤层0m～8m，香炭砂岩距二1煤层32m～37m，所揭露钻孔均未发生涌、漏水现象。12751孔抽水试验结果，单位涌水量0.0013L/s·m，渗透系数0.021m/d。属孔隙裂隙弱富水含水层。（3）太原组上部灰岩含水层。主要由L9、L8灰岩组成，其中L8灰岩发育最好，根据盘区内勘探钻孔与井下施工的底板钻孔资料，L8含水层厚5.39m～10.42m，上距 二1煤层24.27m～25.81m，岩溶裂隙较发育。根据临近盘区生产揭露情况，该含水层富水性强，为二1煤层直接充水含水层。

3 主要隔水盘区内隔水层自上而下分为以下几层

（1）新近系粘土、泥质隔水层：由一套河湖相沉积的粘土、砂质粘土组成，厚度544～598m，呈半固结状态，隔水性良好，可阻隔地表水、浅层水对矿床的影响。（2）二叠系砂质泥岩与泥岩隔水层;1煤顶板以上，在砂岩含水层间，均有砂质泥岩与泥岩，如小紫、大紫泥岩等， 厚度稳定，隔水性能好，在自然状态下，是阻隔砂岩孔隙裂隙水垂向联系的主要隔水层。

4 充水因素

三盘区大巷地质构造复杂，分别与FS3断层和FS11断层相接，受断层影响，煤岩层裂隙发育，整体构造极为复杂。东部距二1煤层露头较远， 由于二1煤层露头附近断裂构造非常发育，造成太原组灰岩在此成为一个接受和存储地下水的场所，为巷道主要补给水源。

5 突水原因分析及现场情况

三盘区受F30及FS3断层影响，自开拓掘进以来先后依次揭露F112断层、F176断层、F180断层、F181断层、F182断层，所揭露断层皆为隐伏构造，三维地震勘探并未查明。受断层影响多条巷道如13021工作面上顺槽、13021工作面下顺槽、三盘区三横贯掘进都受到构造影响底板破碎， 掘进时巷道直接发生涌水现象。三盘区为矿井东部生产的主要储备，开拓三盘区，形成回采工作面是完成矿井接替的重要环节，三盘区临时水仓掘进至通尺81m，受F181、F187两断层拖拽、挤压影响，巷道应力集中，围岩破碎松软，煤层酥软呈粉末状，构造应力及矿压影响导致巷道发生底鼓，变形量达1.2m。

6 堵水加固方案

6.1 治水思路分析

针对三盘区复杂地质及水文地质条件，我矿目前主要采取地面区域治理超前加固与井下超前探相结合方式进行，该水害治理方式为目前国内领先的方式。而目前三盘区水害治理难点则在于构造探测与注浆钻孔施工。

6.2 加固措施

①为防止巷道进一步发生底板变形，导致导水通道扩大，引发突水事故，要求区队尽快对变电所及三盘区临时水仓未架棚区段进行二次支护。

②根据目前情况，F181、F187两断层形成的高应力区影响范围可能更大， 为降低风险需先在三盘区变电所架棚处做为钻场，对出水点进行注浆封堵（前提已掘区域进行过二次支护）。

7 注浆加固方案及成果

7.1 井下注浆加固方案

本次三盘区运输大巷超前探注钻孔共设计钻孔7个。在三盘区配电点（LS4测点南20m）二1煤层中布置1个钻场，钻场标高-662.6m，钻场内设计5个钻孔，分别为1#、2#、3#、4#、7#鉆孔。

7.2 突水点增大时治水方案

7.2.1 保证钻场安全

①当出水点水量增大时，根据现场实际情况，考虑钻场附近增加挡水墙，挡水墙位置设计在配电点与临时水仓交叉口处和三横贯处，确保钻场正常施工。②施工单位应在钻场附近应准备不少于500个编织袋。

7.2.2 注浆材料准备

当水量增大时，浆液应增加玻璃水及骨料（黄豆及海带），必要时采取注化学浆的方式封堵，钻场内应储存不少于400kg的玻璃水和20t的化学浆。

7.2.3 注浆方式、材料和浆液配比情况

①注浆方式;采用地面注浆和井下注浆相结合的注浆方式。②注浆材料;地面注浆时采用型号为PCS·32.5普通散装硅酸盐水泥。③井下注浆时采用型号为P·O42.5R普通袋装硅酸盐水泥。

7.2.4 注浆要求

①钻孔揭露含水层时优先进行地面注浆，注浆前先进行压水试验， 根据压水情况决定浆液浓度。当地面注浆效果差或需添加注浆骨料时时， 则选择井下注浆。②井下注浆出现漏浆时进行间歇性注浆，当间歇注浆无法控制巷道漏浆时，应采用井下注浆的方式，并在浆液里参加骨料，骨料选用锯末、黄豆、海带丝等材料。③钻场内必须配备不少于50kg的锯末、黄豆、海带丝，以备注浆时使用。④在钻孔注浆过程中，必须遵循连续注浆原则，目的是保证钻孔进浆量，有效封堵导水通道。若跑浆，可采用间歇注浆或改变注浆材料，间歇时间一般为8小时。⑤如钻孔揭露塌孔段较多，则在揭露含水层前先对塌孔段进行预注浆，确保注浆效果。⑥注浆时，钻场内至少配置两人。一人负责观测、记录孔口压力，并做好与地面注浆站的沟通工作。

8 效益预算

①在井下利用现有钻场及设备，布置钻孔，对突水点进行封堵，节省做钻场时间，为突水点封堵争取有利时间。②巷道突水后，需及时进行封堵，否则无法进行采掘活动，严重影响开拓大巷掘进工作，耽误矿井生产接替。

结束语：综上所述，及时实施本项目工程，解决了煤矿井下构造复杂区域突水怎么进行有效封堵的难题，且为我矿挽回了巨大的安全效益。

参考文献：

[1] 李培良，马耀丽，常青法，等.我国矿山固体废弃物资源化状况分析[J].黄金， 2004，（10）：48-51.

[2] 周利华.矿山安全减灾系统科学--矿山灾害学[J].中国工程科学，2003，（07）：90-94.

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