桑树坪煤矿奥灰岩6 号涌水点封堵与利用技术_吴杰.pdf

第 51 卷第 2 期 2020 年 2 月 Safety in Coal Mines Vol．51No．2 Feb． 2020 桑树坪煤矿奥灰岩 6 号涌水点封堵与利用技术 吴杰 1， 陈 通 2 （1．陕西陕煤韩城矿业有限公司， 陕西 韩城 715400； 2．陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 高新分公司， 陕西 西安 710000） 摘要 针对桑树坪煤矿 40 年以来奥灰岩 6 号涌水点治理技术难题， 通过水文地质调查分析入 手， 开展了挡水墙与围岩松动圈加固和引水利用技术研究， 优化治理方案和施工措施， 经过对挡 水墙周围裂隙、 管路接口反复注浆试验与技术创新， 使岩石裂缝与管路接茬漏水得到彻底治理， 堵水率达到 99．1， 节能减排成效十分显著， 有效提升了矿井抗水灾能力。 关键词 水治理； 奥灰岩； 围岩松动圈； 恒压注浆； 涌水点封堵 中图分类号 TD743文献标志码 B文章编号 1003-496X （2020 ） 02-0152-03 Study on Sealing and Utilization Technology of No.6 Water Inrush Point of Ordovician Limestone in Sangshuping Coal Mine WU Jie1, CHEN Tong2 （1．Shaanxi Coal Hancheng Mining Co., Ltd., Hancheng 715400, China;2．High-tech Branch of Shaanxi Coal Chemical Industry Technology Research Institute Co., Ltd., Xi’ an 710000, China） Abstract Aiming at the technical problems of controlling No．6 water inflow point of Ordovician limestone in Sangshuping Coal Mine in the past 40 years, through the analysis of hydrogeological survey, the reinforcement and water diversion technology of water retaining wall and surrounding rock loose ring is studied, the treatment scheme and construction measures are optimized, and repeated grouting tests and technical innovations are made on cracks around water retaining wall and pipeline interface． Rock cracks and pipeline leaking water were thoroughly treated, water plugging rate reached 99．1 , energy saving and emission reduction effect is very significant, which effectively improves the mine flood resistance． Key words water treatment; Ordovician limestone; surrounding rock loose zone; constant pressure grouting; water inrush point sealing 近年来，较快发展的国民经济对煤碳资源的需 求量高居不下[1]。然而， 较高的煤炭资源需求导致其 开采地质条件日益复杂化，由此引发的瓦斯和水害 等矿井群死群伤事故时有发生[2-3]， 对煤炭安全开采 乃至煤炭工业和谐发展构成了严重威胁。 目前，煤矿水害因其强烈的致灾性引起了广泛 关注与研究，总体而言煤矿水害方面的研究内容主 要集中在矿井水文地质条件探查矿井突水危险性理 论计算与综合评价及基于以上研究成果的矿井水害 预防与治理技术等[4-14]。其中， 矿井水文地质条件的 精细化探查与评价对矿井水害的预防至关重要， 同 时也是采取相应综合和系统化防治技术的物质基础 因此，进行特定水文地质条件基础上的矿井水害预 防和治理是相关研究工作的基本目的， 同时也是矿井 安全开采和矿区经济社会等可持续发展的重要保障。 桑树坪煤矿于 20 世纪 70 年代建井，建井时 间久远， 在施工矿井主水仓过程中， 出现编号为 6 号的突水点， 但现有资料不能详细反应出挡水墙和 突水点情况， 突水影响矿井生产安全， 且造成水资 源浪费，桑树坪煤矿 280 大巷 6出水点必须进行 有效治理。 16 号突水点挡水墙探测情况 1．1突水点概况 DOI10．13347/j．cnki．mkaq．2020．02．035 吴杰， 陈通．桑树坪煤矿奥灰岩 6 号涌水点封堵与利用技术［J］ ．煤矿安全， 2020， 51 （2） 152-154， 158． WU Jie, CHEN Tong． Study on Sealing and Utilization Technology of No．6 Water Inrush Point of Ordovician Limestone in Sangshuping Coal Mine［J］ ． Safety in Coal Mines, 2020,51 （2） 152-154, 158．移动扫码阅读 152 ChaoXing Vol.51No.2 Feb. 2020 第 51 卷第 2 期 2020 年 2 月 Safety in Coal Mines 桑树坪煤矿 6 号突水点距矿井 1 号井底车场 580 m， 最初突水量为 54 m3/h， 随后观测涌水量为 80 m3/h。矿井设计方案进行变更， 在退后约 40 m 处拐弯 施工了斜巷主排水仓， 并在靠近拐弯处先后施工了数 道挡水墙， 但目前矿井现有相关资料均不能详细反映 挡水墙施工质量、 具体位置等情况。2012 年 6 月 4 日 在闭墙外涌水水沟中采用浮标法观测涌水量为 121 m3/h， 水质化验矿化度为 1 213 mg， 出水层位在奥灰 顶面向下 20 m， 距 11 号煤层底板 36 m。外墙顶部漏 水十分严重， 墙体跨度达到 10 m， 面积约为 31 m。 1.2地质雷达探测成果 由于现有资料未能显示 6 号突水点施工的挡 水墙数量、 厚度、 质量、 位置等部分资料数据矛盾或 无据可查， 2018 年 2 月采用探地雷达定点法进行 探查， 设置频率为 100 MHz。从墙体向内 0～1.65 m 范围黑色部分为第 1 道墙体；2.05 m 范围信号较 均匀，为墙体间充水区；0.65 m 范围黑色部分为第 2 道墙体；3.00 m 范围信号较均匀是墙体之间充水 区；0.85 m 范围黑色部分是第 3 道墙体，2.03 m 范围波型杂乱，判断为墙体之间有杂物影响属第 4 道墙体。雷达定点法探测结果如图 1。 经过初步探查与资料分析认为 第 1 道挡水墙厚 2.05 m， 距突水点 30.5 m， 第 1 道挡水墙与第 2 道挡水 墙间距 1.5 m； 第 2 道挡水墙厚 1.05 m； 第 2 道与第 3 道挡水墙间距 2.65 m； 第 3 道挡水墙厚 2.05 m， 第 4 道 挡水墙厚 1.5 m； 第 3 道与第 4 道挡水墙无间距。第 1～ 第 4 道挡水墙为混凝土挡墙。资料反映第 4 道与第 5 道挡水墙间距 17.5 m；第 5 道挡水墙约为 2 m 厚的料 石墙。6出水点新做挡水墙平面位置图如图 2。 2突水点封堵治理方案选择 针对 6 号出水点持续出水， 涌水量大且相关技 术资料不足的特点， 制定 3 套技术方案进行治理 1 ） 方案 1。在原有挡水墙右侧巷帮中先施工 2个 泄压钻孔， 长度设计为 30 m， 进行泄压放水， 然后对 外侧 3 道挡水墙之间的空间全部注浆充填，最后对 卸压钻孔进行阀门关闭控水。 但考虑到该方案的风险 在于充填各挡水墙之间空间， 而最外面墙跨度大强度 不够， 受压后容易垮塌， 同时充填水泥浆会大量流失， 造成材料浪费， 方案预算初步费用约 55～60 万元。 2） 方案 2。拆除外部 4 道挡水墙， 在开口牛鼻子 以里选择合适位置重新施工挡水墙，在墙体与围岩 岩壁埋管注浆封闭密实，挡水墙留设泄水管进行阀 门控水，如果施工挡水墙存在空间较小，须重新掏 槽， 布钢筋浇灌混凝土以及壁后注浆等， 同时使用局 部通风机进行供风， 预算费用 35～40 万元。 3） 方案 3。拆除外侧 2 道挡水墙， 对第 3 道挡水 墙位置及墙体质量进行安全评价，加固围岩松动圈 进行壁厚注浆， 形成新的导排水管路， 利用其涌水为 矿井南翼采区供水提供优质水源，预算费用 25～30 万元。 方案通过对比研究决定先在旧挡水墙中下部 施工放水卸压孔 1～2 个， 打开前 2 道挡水墙， 根据 探查情况再采取第 3 套或第 2 套技术方案。具体揭 露后则按照3 套方案进行了实施。 3挡水墙围岩松动圈治理方案措施 1） 采用风钻探眼卸载挡水墙内压力水， 先打开 第 1、 第 2 道挡水墙， 挡水墙下挖排水沟， 清理第 1 道挡水墙至第 3 道挡水墙间浮渣。 2） 对原埋设的巷道左、 右两侧 1 趟 φ150 mm管， 1 趟 φ100 mm 管进行注浆封堵，对右下角埋设的 φ150 mm 水管进行改造并延伸至第 1 道挡水墙外， 在管口安装高压阀门、 压力表， 控制出水量。 3 ） 对第 3 道挡水墙四周及第 2、 第 3 道挡水墙间 图 1雷达点法探测结果 Fig.1Radar point detection results 图 26出水点新做挡水墙平面位置图 Fig.2Plan of water retaining wall 153 ChaoXing 第 51 卷第 2 期 2020 年 2 月 Safety in Coal Mines Vol．51No．2 Feb． 2020 围岩、 顶、 底板松动圈进行堵漏， 采取注浆封堵加固。 4） 根据挡水墙及其围岩地质条件制定专项治理 技术措施，主要包括注浆钻孔的布置、钻孔施工工 艺、 注浆口管设置、 注浆材料、 注浆参数、 施工组织 设计等，根据现场具体情况进行了合理的参数调整 与完善，在泄水管阀门关闭升压后使外渗残余涌水 量小于 5 m3。 4引流卸压及围岩裂隙治理 4．1处理方案及施工程序 1） 挡水墙卸压放水与开挖清淤。 先后在第 1 道、 第 2 道挡水墙上打眼释放压力水，实际揭露第 1 道 挡水墙厚 2．05 m，第 1 道与第 2 道墙间距 1．50 m； 揭露第 2 道挡墙厚度为 1．05 m。第 2 道墙与第 3 道 墙间距为 2．65 m； 钻探探查第 3 道墙体厚度为 2．05 m。 清理 2 道挡水墙至 3 道挡水墙石渣， 清理到底部 1 m， 打混凝土垫层长 5 m、 宽 2．7 m、 厚 300 mm。 2） 膨胀橡胶堵塞导水旧管与注浆。第 1 至第 3 道挡水墙下方原有 3 根导水管，均已绣蚀严重并涌 水， 涌水量约 60 m3/h。采用可塑性橡胶塞子送至深 部第 4 道挡水墙管头将右侧 2 根导水管隔断，并采 取双液浆注浆封堵管内。保留巷道左侧 1 根 φ150 mm 管实施导流引水。随后采用耐压抗腐蚀变径新 水管进行了插入连接，并对连接管孔之间的缝隙注 浆封堵，反复数次达到密实。在固定该水管的连接 处还采用卡子箍，并钢丝绳预紧水管两头法兰盘， 管子两头水管固结使用自流平胶垫，待胶凝固后， 然后连接新水管并延至 1 道墙外 5 m 处， 管头安装 高压阀门和压力表。做关闭阀门实验查看各连接管 密封良好， 再浇筑混凝土完全封闭。 3 ） 锚杆注浆加固围岩松动圈。为加固围岩松动， 在第 2 至第 3 道挡水墙间采用三花眼布置，布置施 工注浆锚杆 3 排， 每排 6 根， 深度 2．5 m， 底板施工 注浆锚杆 4 排， 深度 2．8 m。采用砂浆挂网喷浆， 厚 度 40～60 mm。在靠近第 3 道挡墙周边根部，与其 15夹角布 1 排钻孔，孔间距为 0．5 m，第 1 排布孔 10 个， 孔深 3．5 m。第 2 排与第 1 排排间距为 1 m， 第 2 排与周边也成 15夹角，第 2 排孔间距 0．5 m， 布孔 10 个， 孔深 3．5 m。第 3 排与第 2 排排间距 1 m， 第 3 排孔间距 1 m， 底板第 3 排布孔 5 个， 孔深 3．5 m。共计施工底板孔 20 个， 围岩孔 22 个， 后期补浆 预埋钻孔孔口管 12 个。反复注浆加固挡水墙围岩。 4．2治理效果评价 2018 年 8 月 20 项目开始启动， 11 月 5 日竣工 并组织验收， 先后完成泄水管安装导流工程、 围岩墙 体注浆加固工程， 管口阀门、 压力表安装等， 进行泄 水管阀门关闭升压。升压后可见第 2 至第 3 道挡水 墙之间顶板及围岩局部有渗水现象，经测量涌水量 小于 0．92 m3/h， 符合设计要求。280 大巷 4水仓 6 出水点未封堵前涌水量为 121 m3/h，目前经过 4 个 月观测， 残余淋水量为 1．0 m3/h， 堵水率 99．1。 5结语 1） 桑树坪煤矿 280 大巷 6 号涌水点原涌水量为 121 m3/h， 经过治理后残余水量 1 m3/h， 减少涌水量 120 m3/h，年可减少矿井涌水量 105．12 万 m3，按 1 元/m3排水费用计算，每年可减少矿井排水费用在 105 万元以上。 2） 通过对 280 大巷 6 号涌水点进行治理， 有效 提升了矿井抗水灾能力，且该涌水点矿化度较低， 水质良好，可安设管道加压泵直接对采区长期供水 利用， 关停 5 号水仓的井下供水电泵系统， 达到节 能减排。 参考文献 ［1］ 中国新闻网．三连降2016 年中国原煤产量下降 9 ［EB/OL］ ．http //finance．sina．com．cn/roll/2017-02-28/ doc-ifyavrsx5429163．shtml， 2017-02-28/2017-11-28． ［2］ 武强， 崔芳鹏， 赵苏启， 等．矿井水害类型划分及主要 特征分析 ［J］ ．煤炭学报， 2013， 38 （4） 561-565． ［3］Cui Fangpeng, Wu Qiang, Zhao Suqi, et al． Majorchar- acte -ristics,categories and control technique of coal minewater disaster in China ［J］ ． Energy Education Sci- ence and Technology Part A Energy Sci-enceand Re- search, 2014, 32 （5 ） 3747-3760． ［4］ 李宏杰， 董文敏， 杨新亮， 等．井上下立体综合探测技 术在煤矿水害防治中的应用 ［J］ ．煤矿开采， 2014， 19 （1） 98-101． ［5］ 崔若飞， 孙学凯， 崔大尉．三维地震动态解释技术在防 治煤矿突水中的应用 ［J］ ．采矿与安全工程学报， 2009， 26 （2） 150-157． ［6］ 孙升林， 宁书年， 李育芳， 等．地震勘探在煤矿防治水 工程中的应用 ［J］ ．煤炭工程， 2002 （11） 45-47． ［7］ 尹金柱， 吴有信．煤矿水害防治中的综合物探技术应 用 ［J］ ．矿业安全与环保， 2011， 38 （5） 55-58． ［8］ 武强， 李周尧．矿井水灾防治 ［M］ ．徐州 中国矿业大学 出版社， 2002． ［9］ 武强， 黄晓玲， 董东林， 等．评价煤层顶板涌 （突） 水条 件的三图-双预测法 ［J］ ．煤炭学报， 2000， 25 （1） 60． （下转第 158 页） 154 ChaoXing 第 51 卷第 2 期 2020 年 2 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.2 Feb. 2020 ［10］ 武强， 张志龙， 马积福．煤层底板突水评价的新型实 用方法 I 主控指标体系的建设 ［J］ ．煤炭学报， 2007， 32 （1） 42－47． ［11］ 武强， 张志龙， 张生元， 等．煤层底板突水评价的新型 实用方法脆弱性指数法 ［J］ ．煤炭学报， 2007， 32 （11） 1121－1126． ［12］ 武强， 解淑寒， 裴振江， 等．煤层底板突水评价的新型 实用方法基于 GIS 的 ANN 型脆弱性指数法应用 ［J］ ． 煤炭学报， 2007， 32 （12 ） 1301－1306． ［13］ 武强， 王金华， 刘东海， 等．煤层底板突水评价的新型 实用方法基于 GIS 的 AHP 型脆弱性指数法应用 ［J］ ．煤炭学报， 2009， 34 （2） 233－238． ［14］ 卜昌森．煤矿水害探查防治实用技术应用与展望 ［J］ ． 中国煤炭， 2014， 40 （7） 100－108． 作者简介 吴杰 （1976） ， 男， 陕西凤翔人， 高级工程 师， 1998 年毕业于西安矿业学院，现任韩城矿业公司总工 程师， 现从事煤矿生产技术与管理工作。 （收稿日期 2019-09-12； 责任编辑 陈 洋） （上接第 154 页） 压煤区地表地形相对平坦，钻孔施工与注浆充填站 建设的难度较之山区相对偏小；③铁路与村庄不在 工作面正上方， 为其保护提供了有利条件。 3） 本项目的重点正是集中于北岭山隧道采动损 害防护，保证隧道限界满足通行要求，隧道衬砌不 出现影响行车的破坏或塌落。确定了隧道原始限界 及其富裕量。 参考文献 ［1］ 许家林．岩层移动与控制的关键层理论及其应用 ［J］ ． 岩石力学与工程学报， 2000， 19 （1） 28． ［2］ 章伟， 郑进凤， 于广明， 等．覆岩离层形成的力学判据 研究 ［J］ ．岩土力学， 2006， 27 （1） 275－278． ［3］ 许修敏．注浆充填作用机理下地表移动变形规律研究 ［D］ ．淮南 安徽理工大学， 2015． ［4］ 刘金海， 冯涛， 万文．煤矿离层注浆减沉效果评价的弹 性薄板法 ［J］ ．工程力学， 2009， 26 （11） 252－256． ［5］ 刘金海．条带开采条件下的覆岩离层注浆减沉技术体 系研究 ［D］ ．湘潭 湖南科技大学， 2006． ［6］ 姜岩， 高延法．覆岩离层注浆开采地表下沉预计 ［J］ ．矿 山压力与顶板管理， 1997， 14 （2） 35－36. ［7］ 栾元重， 王宜振．宽条带与离层注浆开采地表移动计 算 ［J］ ．矿山压力与顶板管理， 2000 （1） 51－52． ［8］ 董军业．巨厚火成岩下隔离注浆充填控制地表大面积 突然塌陷研究 ［D］ ．徐州 中国矿业大学， 2016． ［9］ 张世泰．火成岩下留煤柱离层注浆安全开采技术研究 ［J］ ．科学技术创新， 2015 （34） 159. ［10］ 倪建明．淮北矿区巨厚火成岩下隔离注浆充填减灾 机理研究 ［J］ ．煤炭科学技术， 2017， 45 （8） 55－59． ［11］ 徐坤．地表注浆充填减沉开采研究 ［J］ ．矿山测量， 2014， 46 （2） 60－62． ［12］ 黄旭．唐山矿铁路煤柱覆岩离层注浆减沉开采方案 分析 ［J］ ．煤炭科学技术， 2009 （2） 30－33． ［13］ 李风志．唐山万达广场注浆减沉技术研究与应用 ［J］ ． 煤炭技术， 2018， 37 （7） 23－25． ［14］ 马荷雯．祁南煤矿采动覆岩离层注浆地表沉陷控制 研究 ［D］ ．西安 西安科技大学， 2017． ［15］ 王志强， 郭晓菲， 高运， 等．华丰煤矿覆岩离层注浆减 沉技术研究 ［J］ ．岩石力学与工程学报， 2014， 33 （S1） 3249－3255． ［16］ 钟亚平．建筑物下综放开采特厚煤层覆岩离层注浆 ［J］ ．煤炭科学技术， 2001， 29 （1） 5－6． 作者简介 李涛 （1983） ， 男， 山西阳泉人， 高级工程 师， 工学学士， 2007 年毕业于太原理工大学阳泉学院， 现为 阳泉煤业 （集团） 有限责任公司地质测量部测量科科长， 主 要从事煤矿测量管理及技术工作。 （收稿日期 2018-11-22； 责任编辑 朱蕾） 158 ChaoXing