“围点打援”技术在德盛煤矿1841工作面注浆堵水中的应用

　　“内容摘要：德盛煤矿1841工作面发生特大突水后，在动水、断层发育、岩层碎裂等复杂条件下，采用了与传统方法不同的设计思路，创造性的采用了“围点打援”思想，实施了注浆堵水工程，成功地封堵底板涌水6230m3/h。本文对这一技术方法和施工工艺进行了一些总结和归纳，以期在同类似条件下的堵水施工提供一些借鉴。
　　关键词：注浆堵水,围点打援,设计施工
　　
　　矿井水害一直是华北岩溶矿区煤矿安全生产面临的主要问题之一。历史上曾多次发生突水淹井事经常以数倍、数十倍，甚至数百倍于排水能力的水量突入矿井。与其他国家的岩溶类矿床相比，华岩溶矿区，无论是水文地质条件、问题的多样性、受水危害的程度等，均属于最复杂的[1-3]。虽然注浆堵水术应用已久，但由于发生突水矿井的水文地质条件、突水通道、突水水源及堵水施工环境等千差别，使突水治理工作具有很大的差异[4-6]。尤其是对突水点位置不明、条件不清、动水条件下煤矿特大突水理技术，仍然是目前值得研究的重要课题。2004-10-20T07:00，武安市德盛煤矿在掘进8号煤层18工作面运输巷时，由于隐伏断层的存在，在渗流场和应力场的耦合作用下，致使奥灰水沿断层破碎带和板突出，最大突水量为5430m3/h，致使整个矿井短时间内被淹，造成巨大的人员伤亡和经济损失。
　　1工程基本情况简介
　　2004年10月20日早7时，德盛煤矿1841工作面在掘进工作面运巷时发生房柱式小面回采滞后底板突水，标高-42m，突水水量根据井巷淹没速度和排水试验计算为5430m3/h，加上矿井原涌水量800m3/h，总涌水量6230m3/h。经过186天的施工，成功的封堵突水点用水量5430m3/h，并减少矿井原涌水量100m3/h左右，治水效果达到100％以上。年节约排水费3812.7万元以上。解放煤炭可采储量500万吨，确保了邯矿集团陶一、陶二、康城煤矿的矿井安全，同时创造了显著的经济效益和社会效益。
　　2矿井地质条件
　　德盛煤矿位于武安市康二城镇车网口村东，井田地层从老至新有奥陶系中统、石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组、二叠系上统上石盒子组和石千峰组、第四系黄土层0~20m。含煤地层为石炭二叠系，由本溪组、太原组和山西组组成，7、8、9号煤层，位于太原组的下部。本井田基本构造形态为一较平缓向斜构造，地层走向在井田西南端为N30°E，过向斜轴部分近似转向EW方向，地层倾角8~15度。井田F4、F5、F9、F3断层构成井田边界，井田内主要有三条较大断层和一个陷落柱，均为NE向高角度正断层。矿井水文地质条件较复杂，开采7、8、9号煤层的主要含水层有奥陶系灰岩含水层，本溪灰岩、大青灰岩、伏青灰岩含水层、山西组砂岩含水层等。对矿井威胁较大的是奥陶系灰岩含水层和本溪灰岩、大青灰岩含水层，三者由于构造关系具有水力联系，属同一奥灰水源，矿井涌水量800~1000m3/h，主要为大青灰岩和采空区涌水。1841小面突水位于井田的东北端。
　　3注浆堵水方案设计概况
　　出水地段具体位置因没有人实见，加之巷道罗盘挂线测量，存在一定偏差，为了准确控制突水构造，在治水中采用边探边治水的方案，即先施工探查孔6个，如其中任何一个孔探到导水通道即可进行注浆堵水，如不遇通道则应利用打成的6个探查孔进行透视，探查确定导水构造所在精确位置，再施工2个注浆堵水孔，完成注浆堵水后,再施工检查加固孔2个。如果探测孔在施工中已打透导水通道，已形成堵水条件，则即可利用探查孔进行注浆堵水，如果探查孔注浆堵水已达到良好的效果，则检查加固孔可减少，据此,本项工程设计10个孔，有可能不必全部施工即完成堵水复矿工作。
　　4“围点打援”技术方法
　　4.1“围点打援”的含义
　　在本次堵水施工中的攻坚阶段，即EX-2~EX-6孔的施工是进入对突水点，导水通道探查及封堵阶段，EX-2号的两侧和上下方布置EX-3、EX-4、EX-5、EX-6号孔，在这个阶段采取了“围点打援”的施工方案，即对EX-2号孔外围截流切断或减少补给，减轻EX-2号的施工难度。所以，所谓的“点”就是突水点中心EX-2，“援”指的EX-3、EX-4、EX-5、EX-6四个钻孔。在EX-4号已终孔，EX-3、EX-5、EX-6号孔已穿过8号煤底板下断层带、本溪地层破碎带，进入奥灰层位，深度达到250m以下时，排水量由3440m3/h减少到1400m3/h，奥灰水位由+60.1m上升到76.8m，堵水取得了显著效果。
　　4.2“围点打援”的施工工艺及技术要点
　　“围点打援”的施工工艺不是十分复杂，具体的操作步骤是：
　　4.2.1首先，根据工程的实际情况，准确的确定突水点的位置，以次来定下“围点打援”中的“点”的位置。这一步看似简单，其实关系着整个施工的成败，应该在对整个工程总体准确的把握的基础上进行；
　　4.2.2其次，确定“点”之后，应该合适的布置援的位置和数量。本次施工中根据工程的水文地质条件，在EX-2周围布置了EX-3、EX-4、EX-5、EX-6四个钻孔，其中EX-5在“点”孔的上游位置，其余三个在“点”孔的下游；
　　4.2.3注浆过程中的“点”孔和“援”孔注浆的先后。本次施工的过程中，发现在对EX-2孔骨料充填过程中，EX-3孔在孔内骨料堆积的高度不断增加，EX-2与EX-3孔同时旋喷，EX-3孔旋喷效果良好。但是针对对EX-2孔旋喷二次不成功的情况夏，首先再次骨料填满通道，并保持骨料位置不变的情况下，该孔停止施工，等待EX-3、EX-4、EX-5、EX-6号孔的注浆截流，在减少对EX-2水动力干扰的条件下，EX-2的注浆取得了很好的效果；
　　4.2.4浆液的选取。由于本工程的地质条件十分复杂，空隙大小的差距十分的悬殊，特别是EX-5孔，本孔揭露奥灰断层断裂带，其空隙大小正处在细砂注不进去，尾矿砂人工充填量很少，效率极低，还极易发生堵孔的程度上。通过选取了悬浮性好，比重大，失水硬结性好的选矿砂颗粒细（但比水泥颗粒粗），成功的解决了EX-5孔的问题。同时根据孔口压力的变化及时调整注入纯水泥浆，这样达到较好的固结效果；
　　4.2.5注浆的工艺流程。
　　根据井下裂隙的大小，遵循“先细后粗再细”的原则进行灌注。可以保障骨料既不会冲的太远而浪费材料，还可以使骨料有一定的扩散面积，达到最佳的效果。施工的工艺流程如图1：
　　                 
　　　　                                                                图1注浆工艺流程图
　　5技术经验
　　（1）、为保证工程的成功,首先要对出水水源和导水通道作正确的分析,制定合理的治理方案,并根据钻探的实际情况及时调整；
　　（2）、“围点打援”虽然在本次施工中取得了很大的效果，但是井下还有一定的涌水量。“围点打援”技术应该和其他的堵水方法联合使用，才能取得比较理想的效果。
　　参考文献：
　　[1] 德盛煤矿特大突水治理技术[J].煤炭学报,2007,32(7):741~743
　　[2] 高志刚.地面注浆堵水充填骨料工艺技术[J].煤矿开采,2005,10(4):78~79.
　　[3] 陈红,谭慧,祁慧.中国煤矿重大水害事故规律分析[J].中国矿业,2005,14(8):23~26.
　　[4] 刘小军,谢文明,许克鸣,等.复合注浆技术在井下堵水中的研究与应用[J].中州煤炭,2005(5):11~12.
　　[5] 赵庆彪,李彩惠,陈立武.小煤矿突水淹井后对大矿威胁的水患治理[J].煤矿安全,2002,33(4):18~19.
　　[6] 张现才,王志勋.大规模注浆治理工作面奥灰突水[J].山东煤炭科技,2001(4):9~10.