四台矿303 盘区采空区防治水设计方案研究与应用

谷松

（晋能控股煤业集团 四台矿，山西 大同 037000）

1 概况

四台矿303 盘区附近有9 座小窑采空及采空区，8、11、14 号层已全部回采完毕，根据目前盘区巷道内的顶板淋水及各层位的采空范围情况推测，303 盘区上覆各层位采空积水量合计约398.7万m3。近年来303 盘区通过已有的2 套6 寸地面直排系统及井下地沟进行同时排水，最大排水能力为5500 m3/d。但由于303 盘区的积水铁、锰离子含量严重超标，水质不符合环保要求，需要停止直排系统排水，影响303 盘区水位稳定，存在安全隐患。303 盘区现日均排水量4840 m3，日补给量5140 m3。四台矿计划在14 号层303 盘区3 条巷口施工地面注浆堵水孔，隔绝14 号303 盘区积水通过3 条盘区巷渗出，防止发生突水事故。

2 设计方案

采用防治水五项防治措施中的堵，对303 盘区涌水的巷道进行密闭封堵，采空墙底埋设排水管路及U 型观测管等手段，对采空积水集中排放，并能够随时观测墙内水位变化情况。

2.1 总体施工方案

为保证巷道封堵严实，在每条巷道沿巷道中线布置2 个钻孔，分次注浆，通过水泥浆互相挤压，保证封堵质量。

2.2 注浆孔布置

采用XY-4 型钻机及其配套设备2 台套进行施工，根据井上下对照测量成果，确定孔位，经复测误差不超过10 cm。每条巷道沿巷道中线布置2 个注浆孔，各注浆孔均透入巷道，每孔深度约220 m，钻孔间距20 m，以封堵巷道20 m。

注浆孔采用二开结构，一开用φ146 mm 钻头开孔，钻至完整基岩2 m 后，下入φ127 mm 孔口管；二开变径为108 mm 钻至终孔。钻孔遇塌孔、掉块或卡钻无法钻进时，可采用跟管钻进或采用注浆法处理，然后再钻进。

2.3 主要工作量

每条巷道布置注浆孔2 个，3 条巷道共设计钻孔6 个，每孔深度为220 m，钻探总进尺为1320 m。每条巷道需要的主要施工材料为水泥950 t、水玻璃19 t，合计封堵3 条巷道，注浆作业总工作量为2592 m3，详见表1。

表1 注浆作业工作一览Table 1 Grouting work overview

3 注浆工程实践

3.1 注浆材料及配比

水泥浆液以水灰比0.5∶1～1∶1 的比例配置，并加入干水泥重量的2%的水玻璃，水泥采用符合相关规定的32.5 号普通硅酸盐水泥。根据以往在煤矿巷道注浆施工经验，巷道注浆延伸范围一般30 m，封堵20 m 巷道，计算浆液段长度为20+30+30 m，巷道高为2.7 m，宽度为4 m，1 条巷道注浆量为864 m3，水泥浆比重按1.75 g/cm3计，所需水泥量为950 t。水玻璃模数宜为2.4～3.0，浓度不低于30～40°Bé（波美度）。水玻璃用量为干水泥重量的2%，约为19 t。

3.2 注浆参数

根据钻探施工观测结果显示，在120～300 m孔深范围内，岩层的裂隙带发育，因此采用分段注浆的方式，钻孔每钻进一段进行一次注浆，由外向里依次进行，终孔后，再由下向上进行分段复注。根据以往注浆实践经验，确定注浆段的高度为25 m。由于浆液在采空区的扩散距离一般为5～50 m，在注浆孔的有效扩散半径为20～25 m 时，充填效果较好。根据现场的注浆试验确定注浆压力，一般来说，注浆压力越大，浆液的扩散半径越大，注浆效果就越好，由于采空区附近岩层破碎现象比较严重，因此确定注浆终压为1.0～1.5 MPa。

3.3 注浆施工

注浆前应将钻杆下至巷道底部，探明孔底深度，并开泵送清水冲开孔底淤积的泥、砂等。注浆分多次进行，注浆时将钻具提留巷道底部1 m，开泵两孔同时泵入水泥浆，每次注浆结束后要提钻冲洗钻具。待水泥初凝后（4～6 h），先下钻探测巷道内水泥高度，再行注浆，直至巷道封堵严实。巷道封堵结束后，用水泥浆将各注浆孔全孔封闭。

4 效果分析

为了验证注浆效果，采用钻探方法进行效果检验，并对注浆加固前后的工程费用进行对比分析，最终对注浆加固效果进行评价。

注浆效果检验确定2 个检查孔，其中1 号检查孔的设计深度和终孔深度均为260 m，在钻进过程中，孔内有少量冲洗液漏出，但没有出现大量冲洗液消耗，进尺正常。在掘进246 m 时，冲洗液中夹杂大量的煤灰，说明浆液已达到该位置。2 号检查孔在掘进到155 m 时，冲洗液完全耗尽，在掘进到158 m 时，孔内出现少量返水，但没有见软，在掘进到240 m 时，孔内出现大量的煤灰，说明注浆已达到该位置。

在钻进过程中，2 个检查孔内均没有出现明显的掉钻或异常进尺等现象。因此，可判定检查孔附近岩层的充填效果明显，存在大量注浆结实体，钻孔的充填率能达到85%以上，说明注浆参数选择合理，注浆加固效果较好。

注浆加固前303 盘区直排泵房每年费用合计为356.4 万元，详见表2。

表2 注浆加固前303 盘区直排泵房年费用Table 2 Annual cost of 303 panel pumping station before grouting reinforcement

注浆加固后303 盘区工程费用合计为117 万元，详见表3。通过对303 盘区注浆封堵，有效隔绝了14 号303 盘区积水通过3 条盘区巷渗出，解决了303 盘区水患问题，目前303 盘区日排水量平稳，盘区水位稳定，每年可节省资金356.4 万元。

4 结论

根据四台矿实际情况，对该矿303 盘区涌水的巷道进行密闭封堵，采用采空墙底埋设排水管路及U 型观测管等手段，为保证巷道封堵严实，在每条巷道沿巷道中线布置2 个钻孔分次注浆，通过水泥浆互相挤压，保证封堵质量。采用钻探方法进行效果检验，通过对303 盘区注浆封堵，有效隔绝了14 号303 盘区积水通过3 条盘区巷渗出，解决了303 盘区水患问题，盘区水位稳定，每年可节省资金356.4 万元。