龙门峡南煤矿水患治理方案

文/王建新唐辉

龙门峡南煤矿水患治理方案

文/王建新唐辉

四川华蓥山广能集团龙门峡南煤矿矿区面积约18.6km2，规划设计生产能力为60万吨/年，设计服务年限40年，可采储量3123万吨，矿区地层岩性以可溶性碳酸盐岩为主，碎屑岩次之。矿区为以溶蚀为主的中切割中低山地形地貌，岩溶漏斗、落水洞、冲沟等十分发育，井下岩溶、裂隙大都与地表连通。雨季时，井下涌水量骤增骤减变化较大，风井施工以来共发生过3次岩溶突水事故（突水地层均为P3c），最大突水量达到20000m3/h左右，对矿井施工造成严重水患威胁。为此，龙门峡南煤矿开展水文地质专项调查，采用“疏堵结合”的治理方案，取得明显成效。

一、方案设计

经分析确定采用“疏”与“堵”相结合方式对风井区域揭露的6#、7#裂隙进行治理，“疏”：施工专用放水巷对溶洞水与裂隙水进行疏放；“堵”：一是采用环状浇筑体+壁后注浆充填并保留原有的水流通道；二是采用高压水射流对裂隙内的软弱层进行冲洗+注浆充填封堵。同时，开展专项水文地质调查，掌握井田区域水文地质构造形态及深度，揭示与井下涌水相关的岩溶构造，实现对矿区的岩溶水害进行预测和判定。

1.放水巷。设计专用放水巷揭穿6#溶洞底部疏放雨季期间的岩溶涌水。

2．环状浇筑体+壁后注浆充填。鉴于回风平硐为矿井强制负压回风巷道，巷道无大通道排水泄压条件，且6#溶洞位于斜巷上方，兼之周围有一定范围的溶蚀构造应力解除裂隙发育带及巷道施工松动圈，如设旁道泄水，难以保证巷道安全，因此选择采用“混凝土套壁封闭+注浆充填”的方式进行治理。采用钢筋混凝土套壁现浇对回风平硐6#溶洞进行封闭，并预留注浆孔，对5#溶洞挡水墙实施补强加固，然后通过注浆对回风平硐6#溶洞空洞处与进风平硐的3#、4#岩溶裂隙带实施可靠充填封闭，以增加溶洞影响区域巷道的抗压强度，提高混凝土套壁封闭工程井筒抗压强度，确保6#溶洞封堵之后高压岩溶积水不会通过其他薄弱环节发生突水事故。

3．高压水射流对裂隙内的软弱层进行冲洗+注浆充填封堵。7#裂隙(底板高程+600.5m)所在地层长兴组，对应地面水头压力最高水压为3.9MPa。设计时按最高水压的1.15倍即4.5MPa进行，先在巷道内对较大（宽度超过20mm）的裂隙进行直接高压水射流冲洗并注浆加固，然后采用帷幕钻孔对所有裂隙进行清洗并注浆，保证形成环状帷幕封堵体。见图1，7#裂隙帷幕注浆钻孔图，说明见表1。

4．专项水文地质调查

对井田区域内地下水补、径、排条件及巷道突水状况进行调查及整治，为煤矿的顺利生产提供理论支持。其中，开展连通试验主要有两个目的：一是分析龙门峡南煤矿回风平硐和回风上山的涌水来源问题，特别是6#溶洞的岩溶水来源问题；二是龙门峡南煤矿回风平硐地下暗河来源及去向问题。

图1 7#裂隙帷幕注浆钻孔图

二、方案实施

1．放水巷施工。在+621m水平施工放水巷疏放6#溶洞及其影响区域岩溶涌水，巷道采用半圆拱断面施工，巷宽2.7m，巷高2.75m。

2.环状浇筑体+壁后注浆充填施工。对6#溶洞进行钢筋混凝土现浇环形井筒支护，并预埋注浆管。布筋采用3层钢筋双向布筋，主筋（横向）采用Φ22mm螺纹钢，副筋（纵向）采用Φ16mm螺纹钢，拉筋采用Φ12mm圆钢，主副筋间间排距均为300mm，拉筋间距600mm，主筋之间层间距为400mm，内、外保护层厚度分别为80mm、70mm。

（1）先进行造假底，最底层用22KG钢轨辅底，回填2～4cm碎石并在碎石层中安设注浆管进行注浆造底。

（2）混凝土浇筑，厚度为950mm，标号为C30，配合比为水∶水泥∶河沙∶石子=0.51∶1∶1.31∶3.81（重量比）。混凝土井筒长18m。其中，6#溶洞前搭接5m（回风平硐井口方向），后搭接8m。现浇前先用清水对巷道岩壁进行清洗，以保证现浇混凝土与岩壁结合密实，并及时清除钢筋、模板上的油渍污质和积水。

（3）壁后充填注浆，对6#溶洞混凝土套壁和溶洞之间的空洞部分进行了CS双液注浆处理以保证井筒抗压强度，双液注浆采用水玻璃（波美度为40）比水泥浆为1∶3（体积比）的双液浆，水泥浆的水灰比为1∶1（重量比），见图2，注浆竣工图。

3．高压水射流对裂隙内的软弱层进行冲洗+注浆充填封堵。对7#裂隙已揭露的部分直接进行高压水射流冲洗裂隙内夹的软弱层，冲洗后进行人造止浆墙，止浆墙深度2.0m。在止浆墙外部注浆对裂隙进行封堵。针对裂隙施工帷幕钻孔，钻孔设计在裂隙四周穿层施工，在孔内进行高压水射流冲洗后注浆形成帷幕墙。

4．专项水文地质调查。开展岩溶水文地质测绘及岩溶调查等工作，完成资料分析、图件编制、报告编写工作。通过系统的地质图修测及物探、示踪试验等技术手段详细核查了调查范围的地层岩性的变化规律，详细核查了地表地质构造形态，复核全区褶皱3个，断层2条。通过水文地质调查与修测，查明查区内的水文地质特征，系统编制了1∶10000水文地质等图件。

三、结论

1.通过2013年雨季检验表明，+621m放水巷能够有效疏放6#溶洞及其影响区域的岩溶涌水，+621m水平以下的7#裂隙封堵工程质量可靠。

2.通过专项水文地质调查，基本探查清楚了井田区域水文地质构造形态及深度，揭示与井下涌水相关的岩溶构造，实现对矿区的岩溶水害进行预测、判定，专项调查表明，龙门峡南煤矿属于顶板、底板岩溶充水矿床，水害治理主要是以“防”为主，通过排水和注浆支护等手段进行治理。

3.采用“疏堵结合”治理技术方案，极大地缩短了矿井建设时间。

4.回风平硐及回风上山，在长兴灰岩中已经揭露的6#溶洞暗河系统发育复杂，涌水量大，短时间内有一定的聚压效应，应及时加强+621m放水巷的维护与监测工作，并制定必要的应急预案、措施。

（作者单位：四川华蓥山广能集团）

（责任编辑：庞永厚）

表1

图2注浆竣工图