龙场煤矿主斜井水害治理技术研究-第1篇

龙场煤矿主斜井水害治理技术研究

齐宝勇摘要：根据龙场煤矿矿建过程中取得的地质及水文地质资料，结合前期的瞬变电磁和高密度电法物探资料，采取超前探查注浆、长短孔注浆堵水等措施，分析研究含水层的裂隙发育规律特征，采用注浆堵水工艺封堵出水点，减少矿井排水费用，保证矿井的安全生产。Key：主斜井；物探；注浆堵水DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.053龙场煤矿主斜井口标高+1360.00m，井筒断面宽度4.8m，巷道净断面18.54m2，设计长度1197m，倾角-23°，采用锚网喷支护。巷道自上向下依次揭露三叠纪下统茅草铺组（T1m）、夜郎组九级滩段（T1y3）、玉龙山段（T1y2）、沙堡湾段（T1y1）、二叠系上统长兴组（P3c）和二叠系上统龙潭组（P3l）等地层。2014年7月15日，贵州省黔西县内遭遇百年一遇的特大暴雨，矿区范围内连续3天地面降雨量达到260mm，导致矿井主斜井495m底板出现出水点，最大出水量150m?/h，因当时正处于雨季，只能采取疏排水方案进行处理。经分析该出水点是以岩溶通道出水为主，岩溶裂隙出水为辅的涌出形式，严重危及矿井安全，因此井筒注浆堵水工作显得尤为重要。1区域水文地质情况井田内含（隔）水层自上而下主要有：第四系孔隙含水层（Q）、三叠系下统茅草铺组（T1m）岩溶裂隙含水层、三叠系下统夜郎组九级滩段（T1y3）隔水层、夜郎组玉龙山段（T1y2）岩溶裂隙含水层、夜郎组沙堡湾段（T1y1）隔水层、二叠系上统长兴组（P3c）岩溶裂隙含水层、二叠系上统龙潭组（P3l）灰岩、细砂岩岩溶裂隙含水层、龙潭组（P3l）泥岩类隔水层、二叠系上统峨眉山玄武岩组（P3β）裂隙含水层、二叠系中统茅口组（P2m）岩溶裂隙含水层。井田内有35个钻孔中揭露该层，其中25个钻孔40层次冲洗液明显漏失或全漏，漏水孔率高达71.4%。岩芯见有大量水蚀溶孔、裂隙发育，局部见有溶洞，充水空间发育。龙场矿区地下水以大气降水补给为主，地表水补给次之。大气降水与地表水通过溶蚀裂隙等以面状分散的形式补给，地下水迳流明暗交替，最终以泉水、地下暗河的形式排泄。区内地下水补、径、排主要受降水、地形地貌、岩性、地质构造等控制，既有区域的统一规律，又有随地段变化的明显差异。由于地形切割高差较大，地形坡度较陡，季节性溪沟及岩溶发育，在雨季绝大部份形成原地接受补给，就地小溪排泄。大气降雨是区内地下水主要的补给来源，补给期集中在每年雨季。由于溶蚀裂隙较发育，降水通过溶沟、溶槽、溶蚀裂隙及落水洞等注入地下，并以地下河或泉的形式排泄于河流中或地势低洼处，降水主要是通过溶蚀裂隙、构造裂隙及风化裂隙方式渗入补给地下水。通过龙场井田的地表勘查，地下水整体径流方向为雨朵河方向，地下裂隙较发育，最终在16、17泉以泉点的形式排泄于雨朵河。2物探情况2014年6月27日，中煤科工集团西安煤科院来矿对龙场煤矿主斜井495m处进行水情物探，结果如下：从图1分析可知，有一个含水地带在上方130度方向60m处向下延伸，到正前方时角度为改变，但是距离变为40m并继续延伸，含水带向下一直延伸并不断向右靠拢，从图3分析可知，含水带已经变化为90度方向并向前20m位置。说明含水带位置不断变化，并不断向巷道靠近。除了这个含水带，还有第二个含水地区，从图1中可以看出90度方向70m到80m处有一低阻异常区，在图2中变化到右侧前方大片低阻异常，而在图3中大片低阻区域又向正前方靠拢，范围较大，但并没有向巷道靠近的趋势。3出水原因分析龙场煤矿井田在北东向构造控制下，主要含水层的分布也沿构造线方向出露展布成带状。受含水层与隔水层出露空间位置变化的控制，井田内地表水与地下水互为补给、转化频繁。地下水通过岩溶管道、暗河、泉水等循环、径流、排泄，显示出循环浅、径流短、交替强烈、局部集中排泄的特点，总体由西南向东北运移，并通过暗河形式在井田外排泄，主斜井495m出水点正处于16号泉、17号泉排泄口附近区域，或者说主斜井495m出水点正处于主径流带上。根据现场实地调查及主斜井出水点涌水情况分析，该出水点为碳酸盐岩夹基岩裂隙水，溶蚀裂隙较发育，降水通过溶沟、溶槽、溶蚀裂隙等流入地下。水源来自该区西南方向的落水洞，通过对现场及井田区域的水文地质调查来看，大气降水是该区域落水洞的主要补给来源，其动态变化受大气降水控制，枯水季节泉水流量较小，暴雨后流量猛增，该区域落水洞的标高大都在+1350m左右，与出水点处的标高相差200m，最大水压2兆帕。主斜井495米出水点实际揭露出水点水量变化范围在40～200m?/h左右，4堵水技术方案根据主斜井495m出水点的岩溶裂隙发育情况、巷道围岩的地质条件、出水位置、水量、水压等，采用短孔注浆封堵围岩漏水点注浆方案。4.1注浆设计注浆加固钻孔呈梅花形布置，孔间距0.8×0.8m，间排距0.8×0.8m。4.2施工程序打孔→埋设注浆管→注浆→注浆验收。4.3钻孔施工采用YT28型凿岩机钻孔，孔径42mm，孔深4m，在495m上下30m范围内巷道出水点周围布孔，按梅花形布置钻孔，钻孔施工完毕后及时进行清孔。4.4注浆管钻孔结束后安装2寸注浆管，注浆管采用与注浆泵相对应的钢管，长度0.9m，外露0.1m，注浆管两端套丝，套丝长度为分别5cm，采用干麻丝缠绕注浆管牢固，孔口采用树脂药卷或水玻璃充填加固。4.5注浆准备注浆前进行管路调试，检查注浆管路及设备，确保注浆压力表完好，孔口管埋设牢固，并安装止浆管。4.6注浆（1）拌制水泥浆：先加水后加水泥，水泥采用425号普通水泥，水泥浆液水灰比按1：0.6～1搅拌10至20min，混合比逐渐变大，直到达到满足施工设计要求为止。（2）注浆顺序：采取单孔注浆（即打一个孔注一个孔），达到设计要求后，方可对下一个孔打孔、注浆。实行跳孔注浆，注浆顺序先在巷道底板注浆，再由两侧到拱顶，可交叉进行，每帮一次只施工一个孔。最后去掉4#溶洞引水管后，对巷道右帮引水管进行注浆处理，注浆压力2.5Mpa。注浆孔壁与钢管之间用麻丝填实，孔口范围采用树脂药卷或水玻璃封孔；孔口设止浆阀门（2个）和泄水观察孔阀门，注浆过程中若发生串浆，则关闭孔口阀门待其他孔注浆完毕后再打开阀门。（3）清理注浆管。单孔注浆结束后，打开止浆阀门和泄水观察孔阀门用清水清理，防止堵塞注浆管。（4）辅助用料：当水泥浆无法满足设计要求时，采用双液注浆，即注水泥浆后，出现跑浆、不起压等现象时，采用双液注浆，注浆时掺水玻璃，水玻璃浓度30-35Be，水泥浆与水玻璃体积比1：0.35～1：0.65。无双液注浆泵时，单独调试好水玻璃浓度和体积比，通过注浆泵一起将混合液送入孔内。5实施效果根据龙场煤矿建井过程中取得的地质及水文地质资料，结合前期的瞬变电磁和高密度电法物探资料，采取超前探查注浆、长短孔注浆堵水等措施，