废弃矿井导水通道封堵技术研究

陈昌友　连占国

[摘要]根据××煤田各矿的井田边界煤柱遭受破坏的具体情况和水害发生、发展的实际过程，通过全面的调查分析研究，采用“以堵为主、以排为辅、并行作业”的水害综合治理方案，主要包括井田边界地面动水注浆截流等，平均减少各矿井总涌水量2000m³/h以上，保证矿井及其所属范围内几十对乡镇小煤矿的安全正常生产，取得预期的治理效果。

[关键词]废弃矿井 导水通道封堵 地面动水注浆截流

中图分类号：TE2文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0310073－01

针对矿区废弃矿井的地质、开采条件，本论文采取导水通道与控制双重效果的研究，不但解决井田内受水威胁的煤炭资源安全开采，而且将废弃矿井的水位恢复到一个较高水平，以实现采煤、水资源与生态环境的协调、持续发展。本论文成果也为我国其它矿区解决类似问题提供了理论和技术依据。

一、地下水综合治理技术与工程工艺

（一）钻孔结构

巷道封堵的钻孔结构：煤层巷道上覆岩层未受采动的影响，地面注浆钻孔直接贯穿巷道顶板即可。钻孔包括表土层固井段和基岩段。

破碎带、离层带注浆的钻孔结构：破碎与离层两带的钻孔结构包括第四系风化带钻孔段、基岩段、离层带关键层位注浆及破碎带注浆段。各段的钻孔结构如图2所示。

（二）工程工艺

1．注浆材料。破碎带注浆采用水泥，浆液由水泥和水配制而成，水灰比一般为0.7:1。并按比例加入速凝剂。离层带注浆采用电厂粉煤灰，浆液由粉煤灰和水配制而成，浆液比重为1.14-1.16。

2．注浆工艺。（1）巷道封堵工艺：地下水位监测→骨料级别选择→骨料注入→注入速凝剂。（2）导水裂隙带、破碎带注浆工艺：破碎带砂浆注入→水泥浆注入→破碎带速凝剂加固封闭→导水裂隙带注入水泥浆→导水裂隙带快速凝固浆注入→裂隙带封闭注浆。（3）离层带注浆工艺：离层注水试验→高压压裂扩张→离层带水泥浆注入→通水洗孔→循环注浆。

二、田边界地面动水注浆截流

××煤田水害治理方案于2008年开始实施。矿1约占××煤田各矿井总涌水量50%以上的涌水量进入矿2并继续西侵是形成煤田严重水害威胁的主要因素，所以，首先堵截矿1与矿2之间的导水通道，防止矿1的大量涌水外流进入其它矿井，建立第一道防线。根据两矿之间的已知和可能的连通情况，分析研究制定了截流方案，并编制了地面动水注浆设计，同时对新井两条石门的标高、具体方位、巷道坐标等作进一步计算核实，对采动破坏情况进行分析，在此基础上标定注浆钻孔位置。为使工程尽快开工，早日解除水害隐患，注浆工地的供电、供水及工农关系等工作也同步进行。

（一）注浆技术方法

注浆截流工程以巷道为重点，每条巷道附近拟布置2个注浆孔，沿巷道东西方向布孔。钻孔间距20m，每孔深约340mo沿两条石门附近共布置4个注浆孔，计划工程量1360m。开孔前对钻孔孔位进行了严格的标定、复测。防止标定孔位错误，造成钻孔报废。钻孔在施工过程中采用了陀螺定向技术，保证了钻孔的垂直度。钻孔打入巷道后，首先向孔内注入石子、砂子等骨料，然后注入水泥～水玻璃双液浆，最后注入水泥单液浆。由于该处为动水注浆，原则上采用浓浆液定量多次注入的方式以控制浆液扩散流失，加强充填注浆封堵效果。注浆终止压力定为静水压力的1-2倍，约3-6MPa。封堵采动裂隙的钻孔则采取孔内先爆破然后再加压注浆的方法。

（二）施工措施

共施工注浆孔4个、工程量1261.17m，注入水泥3336t、砂子181.7m³、石子158m³、水玻璃、食盐、三已醇胺适量。

1．注浆1号孔：钻孔标定在正巷石门开口与矿1煤下山三叉门处。共注入水泥548t、砂子138m³、石子158m³，注浆终止压力为3.8Mpa。

2．注浆4号孔：钻孔位于石门副巷中部，由于没有巷道导线资料，钻孔标定仅根据市煤炭局提供的兰图反算坐标，作为参数标定。坐标精度误差较大。施工到279.5m处时钻孔出现全漏水现象，并出现卡钻坍塌。先后采用水泥封闭11次，封堵用水泥425.7t，此时287.00m以上基本堵住不再漏水。向下采用边堵边钻进方法施工到328.20m，仍没有发生明显的掉钻现象，根据测斜资料计算，孔深310m处的偏距为1.90m，偏率0.61%。

由于本巷道为地方小煤矿开拓，其原始数据不详，再利用钻孔钻探巷道难度相当大。根据钻探资料分析，孔深到305m以下时，地层已正常，说明巷道应该在305m以上钻孔附近。因此，决定在钻孔内实施爆破，扩大钻孔与巷道的连通通道，然后对其注浆。截止到2000年4月5日共注入水泥694.25t，注浆终压为4MPa，该孔结束。根据注浆4号孔的钻探施工过程反映，该处除导水巷道外，还存在采动破坏影响产生的导水裂隙，通过注浆4号孔注入的浆液起到了封堵该处的导水裂隙的作用。

在318m-320.Sm处，共装入地震勘探用TNT炸药12kg，一次炸破，但效果不明显。该孔共注入水泥408t。

三、工程效果

地面注浆堵水工程，注浆工程初见成效。矿1水位由每天上升约0.3m，变为每天下降约0.2m。矿2水位仍继续上升，两矿水位差继续拉大。充分说明泄水的通道已基本堵住或部分堵住。为巩固注浆成果，对两条导水石门，又各施工一个注浆孔，现注浆工程全部结束，矿1水位为+39.91m，而矿2水位仅为+1.70m，两矿水位差由注浆前的5m左右，增加到38.21m，并继续加大，注浆截流工程首战告捷。

参考文献：

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[2]邢士军、张连勇等，综放面顶板（顶煤）运移规律实测研究，矿山压力与顶板管理，2002,19(2):810.

[3]孙守义、马新华等，综采放顶煤技术的应用与展望闭，矿山压力与顶板管理，2002,19(2):1314.

[4]杨永辰，对综放面动压系数减小原因的分析，矿山压力与顶板管理，2002,19(2):1516.

作者简介：

陈昌友，男，地质工程师，1987年毕业于安徽理工大学煤田地质与勘查专业，现为安徽省煤田地质局二队工程师，主要从事地质、岩土工程施工。