王翰林：巖溶、導(dǎo)水陷落柱治理技術(shù)與實(shí)例分析
作者：佚名
2009-11-24 11:22
來源：中國煤炭新聞網(wǎng)
作者單位： 四川芙蓉集團(tuán)宜賓川南建設(shè)工程有限公司石屏一礦工程項(xiàng)目部
摘 要：巖溶陷落柱是埋藏在煤系地層下部的巨厚可溶巖體，在地下水溶蝕作用下，形成巨大的巖溶空洞。川南煤業(yè)石屏一礦運(yùn)輸大巷遇到導(dǎo)水、巖溶陷落柱，這不但影響巷道的掘進(jìn)進(jìn)度，而且還是特殊的導(dǎo)水通道，給作業(yè)人員帶來生命威脅。對于這些充水因素，我們在施工時(shí)采取了一些有效的措施，本文重點(diǎn)介紹基建礦遇巖溶、導(dǎo)水陷落柱巷道掘進(jìn)的一些經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)。
關(guān)鍵詞：礦井突水 陷落柱 淹井 輸、堵結(jié)合 引水巷 注漿 中空螺紋錨桿 探水孔 上下導(dǎo)坑 風(fēng)鎬掘進(jìn) 溶水槽 引水漏斗
一、工程概況
石屏一礦是列入國家十三個(gè)煤炭大基地規(guī)劃之內(nèi)的古敘礦區(qū)開發(fā)的第一對大中型礦井，地處古藺縣城東直線21km，行政直屬古藺縣太平鎮(zhèn)石屏鄉(xiāng)。該礦由中煤國際工程集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，由川南煤業(yè)古敘煤電公司建設(shè)，四川芙蓉集團(tuán)宜賓川南建設(shè)工程有限公司施工。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120萬噸/年，綜合機(jī)械化方式采煤。
礦井位于四川盆地與云貴高原的過渡地帶，總體地勢呈南高北低，河谷切割強(qiáng)烈，最低點(diǎn)為石亮河，標(biāo)高+420m，最高點(diǎn)為巖埡口，標(biāo)高+1160.92m，屬構(gòu)造剝蝕成因的中山區(qū)地形。井田東西走向長約7.8km,傾向?qū)捈s2.7km。區(qū)內(nèi)含煤地層平均厚89.45m，含煤9～18層，煤層總厚11.20m，含煤系數(shù)12.8%?？刹珊途植靠刹擅簩佑?層，可采厚度9.61m，可采含煤系數(shù)11.0%。即C13、C14、C15、C19上、C19、C23、C24、C25煤層，其中C19、C25煤層全區(qū)可采，煤層結(jié)構(gòu)簡單，厚度變化較小，屬較穩(wěn)定～穩(wěn)定煤層，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告及鄰近礦井瓦斯檢測資料，比擬推算出礦井相對瓦斯涌出量為20m3/t,屬高瓦斯突出礦井；區(qū)內(nèi)巖溶、陷落柱、裂隙發(fā)育，探明暗河有7條；井口位于井田西端，基本上是單翼施工，主平硐在二疊系上統(tǒng)長興灰?guī)r掛口，進(jìn)入煤系地層龍?zhí)督M，最后進(jìn)入茅口灰?guī)r，在茅口灰?guī)r中向東沿走向開鑿+435m運(yùn)輸大巷，巷道全長2540米，采用直墻圓弧拱形斷面，凈寬4.8m,凈高3.6m，橫斷面面積15.15㎡,坡度+4‰；+435m運(yùn)輸大巷主要用途:為整個(gè)礦井服務(wù)，主要擔(dān)負(fù)礦井材料及設(shè)備運(yùn)輸、人員進(jìn)出、進(jìn)風(fēng)及排水。
石屏一礦+435m運(yùn)輸大巷于2007年11月20日（里程1488m）遇巖溶、陷落柱。經(jīng)勘探查明，該陷落柱體積大，柱內(nèi)水流速度快，頂部又有空洞，陷落柱沿巷道走向長134米，寬120米，充填物全是泥夾石和少許煤粒，圍巖極易垮落，并且有大量高壓水流出，其最高涌水量達(dá)到4萬m3/h,導(dǎo)致礦井被淹。 +435m運(yùn)輸大巷在陷落柱中掘進(jìn)115m后，巷道迎面右方出現(xiàn)一個(gè)孔洞，洞內(nèi)有煤粒和水流出，形成泥石流，導(dǎo)致已掘20米巷道被泥石流淹沒，臨近工作面的8榀鋼支架嚴(yán)重變型。至2008年5月6日（里程1615m）才成功穿出，在施工過程中采取了多種行之有效的安全技術(shù)措施，對處理陷落柱、溶洞等積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和治理技術(shù)，不僅可取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，而且可以豐富巖溶、導(dǎo)水陷落柱下巷道掘進(jìn)理倫和技術(shù)體系。
二、治理技術(shù)
1、引流機(jī)理。
根據(jù)現(xiàn)場涌水量大小，查清陷落柱基本形態(tài)，施工探水鉆孔，預(yù)測水流延伸方向施工一條引水巷，小斷面掘進(jìn)，使陷落柱中水流集中到引水道流出，這樣對泥石流有一定的抑流的作用。適用條件：突水構(gòu)造基本確定，泥石流水流量大，涌出量大的情況下，采取引流方法。關(guān)鍵技術(shù)：首先要判斷確定陷落柱的構(gòu)造位置，施工直徑65mm的探水鉆孔（詳見鉆孔參數(shù)表），確定水流延伸方向，再施工放水巷。確定引流方向是引流技術(shù)的成功關(guān)鍵。
石屏一礦+435m運(yùn)輸大巷，遇到陷落柱時(shí)，產(chǎn)生大量泥石流，導(dǎo)致20米巷道被淹沒，涌水量最高達(dá)4萬立方米/小時(shí)，不采取引流技術(shù)，是無法成功掘過陷落柱的，為了盡快恢復(fù)生產(chǎn)，制定了引流技術(shù)快速切斷水源的方案。在巷道正?；?guī)r離陷落柱20m處施工一條繞道放水。巷道設(shè)計(jì)斷面10.03平方米，能滿足幾萬立方米的涌水流出，在繞道施工至95m時(shí)，施工探放水鉆孔時(shí)，涌出大量高壓水，通過放炮揭開溶洞措施后，使高壓水全部釋放出來，此時(shí)正巷陷落柱段涌水量陡然降低，主要出水點(diǎn)已無水流出。為下一步治理陷落柱創(chuàng)造了先決條件。
2、泥石流治理技術(shù)
治理機(jī)理。頂板垮落的泥夾石、碎石塊以及沖積煤塊的混合物呈液限和塑限。當(dāng)含水量大于液限則呈流動形成泥石流；當(dāng)含水量小于塑限時(shí)為固體。因此過陷落柱發(fā)生頂板泥石流的外部條件，就是有涌水。通過綜合措施，引流、疏水使工作面無涌水流出，將泥夾石由流態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，從而保證工作面泥石流被有效抑制。泥石流被有效抑制后，據(jù)鉆孔資料，由于泥石流發(fā)生在陷落柱邊緣附近，離灰?guī)r較近，沿巷道輪廓線，均勻布置一圈直徑為65mm的鉆孔，孔內(nèi)施工邁式公司特制“中空錨桿”，錨桿在基巖中施工5米，邁式錨桿施工端采取架密鋼支架支撐錨桿，鋼支架采用9#礦用工字鋼加工耍成，支架間距控制在200mm-400mm之間，支架間用每根長500mm的30kg/m的鋼軌連結(jié)并焊接牢實(shí)，鋼軌按支架輪廓線均勻布置（間距300mm）；支架間滿鋪一層￠3mm的鋼板，防止頂板局部冒落。這樣就保證了中空錨桿兩端點(diǎn)受力點(diǎn)堅(jiān)固。邁式中空錨桿施工完畢后，馬上進(jìn)行返流注漿，待 3-5天凝固后，進(jìn)行下步工序。為減小對圍巖的振動，防止頂板巖石局部垮落，經(jīng)過現(xiàn)場總結(jié)，針對陷落柱內(nèi)充填物全是泥夾石，其中黃泥成分占90%，因此采取以風(fēng)鎬鑿巖，分上、下導(dǎo)坑的方式掘進(jìn)。（注：以巷道起拱線為分界線，工作面分上、下部開挖；先用風(fēng)鎬采上部巖石，待支護(hù)完畢后，才進(jìn)行工作面下部開挖；對局部大塊巖石，采取刷小炮的方式爆破出來）
3、返流注漿技術(shù)
陷落柱的突水在截流基本成功后，為了加快堵水進(jìn)程，在陷落柱構(gòu)造不確定的情況下，對陷落柱段巷道，分段施工一組注漿孔，通過下行法加壓注漿返流加固陷落柱的空隙。
石屏一礦+435m運(yùn)輸大巷在成功掘過陷落柱后，實(shí)施了返流注漿，陷落柱段巷道每隔5m施工一組注漿孔注漿，孔深1.5米，直徑32mm，（見注漿孔布置圖），共注水泥70t，注漿骨料47.25立方米，在堵水后未出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
4、輸、堵結(jié)合技術(shù)
維持導(dǎo)水陷落柱中原水流通道，使之按原來路程行進(jìn)，在出水點(diǎn)爆破出一個(gè)溶水槽，然后加工一個(gè)引水漏斗，把余部的水引出地面。 石屏一礦+435m運(yùn)輸大巷，成功施工引水道后，由于水流與地面導(dǎo)通，遇到下大雨，涌水量增大，時(shí)有淹井發(fā)生，給生產(chǎn)帶來阻力，待陷落柱成功掘過后，對涌水實(shí)施了，“輸、堵”結(jié)合技術(shù)，產(chǎn)生了良好的效果和經(jīng)濟(jì)效益。對于出水點(diǎn)，爆破出一個(gè)高2米，寬1.5米，深1.5米的溶水槽，然后加工一個(gè)引水漏，引水漏斗尾端焊接2根直徑219mm水管，使全部涌水聚集到漏斗通過219mm管子流出來，再在出水點(diǎn)前后15m巷道施工厚400mm的鋼筋砼，封閉容水槽。由于石屏一礦在枯水季節(jié)有嚴(yán)重缺水現(xiàn)象，通過此種技術(shù)，使突水變害為利，不但解決了現(xiàn)場施工用水，還解決了生活用水。
5、結(jié)束語
?。?）、導(dǎo)水陷落柱的突水，往往造成災(zāi)難性的淹井后果，且難以有效預(yù)防。
?。?）、陷落柱突水淹井后，為了加快復(fù)礦速度，減少淹井的損失，采取以上有效技術(shù)措施，綜合治理，會取得良好的效果。
?。?）、對突水的預(yù)防，采取遠(yuǎn)距離放炮，現(xiàn)場專人觀察水情，施工探水鉆孔，進(jìn)行物探等措施。
?。?）、陷落柱中掘進(jìn)采取少裝藥，淺循環(huán)掘進(jìn)，防止頂板垮落。
摘 要：巖溶陷落柱是埋藏在煤系地層下部的巨厚可溶巖體，在地下水溶蝕作用下，形成巨大的巖溶空洞。川南煤業(yè)石屏一礦運(yùn)輸大巷遇到導(dǎo)水、巖溶陷落柱，這不但影響巷道的掘進(jìn)進(jìn)度，而且還是特殊的導(dǎo)水通道，給作業(yè)人員帶來生命威脅。對于這些充水因素，我們在施工時(shí)采取了一些有效的措施，本文重點(diǎn)介紹基建礦遇巖溶、導(dǎo)水陷落柱巷道掘進(jìn)的一些經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)。
關(guān)鍵詞：礦井突水 陷落柱 淹井 輸、堵結(jié)合 引水巷 注漿 中空螺紋錨桿 探水孔 上下導(dǎo)坑 風(fēng)鎬掘進(jìn) 溶水槽 引水漏斗
一、工程概況
石屏一礦是列入國家十三個(gè)煤炭大基地規(guī)劃之內(nèi)的古敘礦區(qū)開發(fā)的第一對大中型礦井，地處古藺縣城東直線21km，行政直屬古藺縣太平鎮(zhèn)石屏鄉(xiāng)。該礦由中煤國際工程集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，由川南煤業(yè)古敘煤電公司建設(shè)，四川芙蓉集團(tuán)宜賓川南建設(shè)工程有限公司施工。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120萬噸/年，綜合機(jī)械化方式采煤。
礦井位于四川盆地與云貴高原的過渡地帶，總體地勢呈南高北低，河谷切割強(qiáng)烈，最低點(diǎn)為石亮河，標(biāo)高+420m，最高點(diǎn)為巖埡口，標(biāo)高+1160.92m，屬構(gòu)造剝蝕成因的中山區(qū)地形。井田東西走向長約7.8km,傾向?qū)捈s2.7km。區(qū)內(nèi)含煤地層平均厚89.45m，含煤9～18層，煤層總厚11.20m，含煤系數(shù)12.8%?？刹珊途植靠刹擅簩佑?層，可采厚度9.61m，可采含煤系數(shù)11.0%。即C13、C14、C15、C19上、C19、C23、C24、C25煤層，其中C19、C25煤層全區(qū)可采，煤層結(jié)構(gòu)簡單，厚度變化較小，屬較穩(wěn)定～穩(wěn)定煤層，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告及鄰近礦井瓦斯檢測資料，比擬推算出礦井相對瓦斯涌出量為20m3/t,屬高瓦斯突出礦井；區(qū)內(nèi)巖溶、陷落柱、裂隙發(fā)育，探明暗河有7條；井口位于井田西端，基本上是單翼施工，主平硐在二疊系上統(tǒng)長興灰?guī)r掛口，進(jìn)入煤系地層龍?zhí)督M，最后進(jìn)入茅口灰?guī)r，在茅口灰?guī)r中向東沿走向開鑿+435m運(yùn)輸大巷，巷道全長2540米，采用直墻圓弧拱形斷面，凈寬4.8m,凈高3.6m，橫斷面面積15.15㎡,坡度+4‰；+435m運(yùn)輸大巷主要用途:為整個(gè)礦井服務(wù)，主要擔(dān)負(fù)礦井材料及設(shè)備運(yùn)輸、人員進(jìn)出、進(jìn)風(fēng)及排水。
石屏一礦+435m運(yùn)輸大巷于2007年11月20日（里程1488m）遇巖溶、陷落柱。經(jīng)勘探查明，該陷落柱體積大，柱內(nèi)水流速度快，頂部又有空洞，陷落柱沿巷道走向長134米，寬120米，充填物全是泥夾石和少許煤粒，圍巖極易垮落，并且有大量高壓水流出，其最高涌水量達(dá)到4萬m3/h,導(dǎo)致礦井被淹。 +435m運(yùn)輸大巷在陷落柱中掘進(jìn)115m后，巷道迎面右方出現(xiàn)一個(gè)孔洞，洞內(nèi)有煤粒和水流出，形成泥石流，導(dǎo)致已掘20米巷道被泥石流淹沒，臨近工作面的8榀鋼支架嚴(yán)重變型。至2008年5月6日（里程1615m）才成功穿出，在施工過程中采取了多種行之有效的安全技術(shù)措施，對處理陷落柱、溶洞等積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和治理技術(shù)，不僅可取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，而且可以豐富巖溶、導(dǎo)水陷落柱下巷道掘進(jìn)理倫和技術(shù)體系。
二、治理技術(shù)
1、引流機(jī)理。
根據(jù)現(xiàn)場涌水量大小，查清陷落柱基本形態(tài)，施工探水鉆孔，預(yù)測水流延伸方向施工一條引水巷，小斷面掘進(jìn)，使陷落柱中水流集中到引水道流出，這樣對泥石流有一定的抑流的作用。適用條件：突水構(gòu)造基本確定，泥石流水流量大，涌出量大的情況下，采取引流方法。關(guān)鍵技術(shù)：首先要判斷確定陷落柱的構(gòu)造位置，施工直徑65mm的探水鉆孔（詳見鉆孔參數(shù)表），確定水流延伸方向，再施工放水巷。確定引流方向是引流技術(shù)的成功關(guān)鍵。
石屏一礦+435m運(yùn)輸大巷，遇到陷落柱時(shí)，產(chǎn)生大量泥石流，導(dǎo)致20米巷道被淹沒，涌水量最高達(dá)4萬立方米/小時(shí)，不采取引流技術(shù)，是無法成功掘過陷落柱的，為了盡快恢復(fù)生產(chǎn)，制定了引流技術(shù)快速切斷水源的方案。在巷道正?；?guī)r離陷落柱20m處施工一條繞道放水。巷道設(shè)計(jì)斷面10.03平方米，能滿足幾萬立方米的涌水流出，在繞道施工至95m時(shí)，施工探放水鉆孔時(shí)，涌出大量高壓水，通過放炮揭開溶洞措施后，使高壓水全部釋放出來，此時(shí)正巷陷落柱段涌水量陡然降低，主要出水點(diǎn)已無水流出。為下一步治理陷落柱創(chuàng)造了先決條件。
2、泥石流治理技術(shù)
治理機(jī)理。頂板垮落的泥夾石、碎石塊以及沖積煤塊的混合物呈液限和塑限。當(dāng)含水量大于液限則呈流動形成泥石流；當(dāng)含水量小于塑限時(shí)為固體。因此過陷落柱發(fā)生頂板泥石流的外部條件，就是有涌水。通過綜合措施，引流、疏水使工作面無涌水流出，將泥夾石由流態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，從而保證工作面泥石流被有效抑制。泥石流被有效抑制后，據(jù)鉆孔資料，由于泥石流發(fā)生在陷落柱邊緣附近，離灰?guī)r較近，沿巷道輪廓線，均勻布置一圈直徑為65mm的鉆孔，孔內(nèi)施工邁式公司特制“中空錨桿”，錨桿在基巖中施工5米，邁式錨桿施工端采取架密鋼支架支撐錨桿，鋼支架采用9#礦用工字鋼加工耍成，支架間距控制在200mm-400mm之間，支架間用每根長500mm的30kg/m的鋼軌連結(jié)并焊接牢實(shí)，鋼軌按支架輪廓線均勻布置（間距300mm）；支架間滿鋪一層￠3mm的鋼板，防止頂板局部冒落。這樣就保證了中空錨桿兩端點(diǎn)受力點(diǎn)堅(jiān)固。邁式中空錨桿施工完畢后，馬上進(jìn)行返流注漿，待 3-5天凝固后，進(jìn)行下步工序。為減小對圍巖的振動，防止頂板巖石局部垮落，經(jīng)過現(xiàn)場總結(jié)，針對陷落柱內(nèi)充填物全是泥夾石，其中黃泥成分占90%，因此采取以風(fēng)鎬鑿巖，分上、下導(dǎo)坑的方式掘進(jìn)。（注：以巷道起拱線為分界線，工作面分上、下部開挖；先用風(fēng)鎬采上部巖石，待支護(hù)完畢后，才進(jìn)行工作面下部開挖；對局部大塊巖石，采取刷小炮的方式爆破出來）
3、返流注漿技術(shù)
陷落柱的突水在截流基本成功后，為了加快堵水進(jìn)程，在陷落柱構(gòu)造不確定的情況下，對陷落柱段巷道，分段施工一組注漿孔，通過下行法加壓注漿返流加固陷落柱的空隙。
石屏一礦+435m運(yùn)輸大巷在成功掘過陷落柱后，實(shí)施了返流注漿，陷落柱段巷道每隔5m施工一組注漿孔注漿，孔深1.5米，直徑32mm，（見注漿孔布置圖），共注水泥70t，注漿骨料47.25立方米，在堵水后未出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
4、輸、堵結(jié)合技術(shù)
維持導(dǎo)水陷落柱中原水流通道，使之按原來路程行進(jìn)，在出水點(diǎn)爆破出一個(gè)溶水槽，然后加工一個(gè)引水漏斗，把余部的水引出地面。 石屏一礦+435m運(yùn)輸大巷，成功施工引水道后，由于水流與地面導(dǎo)通，遇到下大雨，涌水量增大，時(shí)有淹井發(fā)生，給生產(chǎn)帶來阻力，待陷落柱成功掘過后，對涌水實(shí)施了，“輸、堵”結(jié)合技術(shù)，產(chǎn)生了良好的效果和經(jīng)濟(jì)效益。對于出水點(diǎn)，爆破出一個(gè)高2米，寬1.5米，深1.5米的溶水槽，然后加工一個(gè)引水漏，引水漏斗尾端焊接2根直徑219mm水管，使全部涌水聚集到漏斗通過219mm管子流出來，再在出水點(diǎn)前后15m巷道施工厚400mm的鋼筋砼，封閉容水槽。由于石屏一礦在枯水季節(jié)有嚴(yán)重缺水現(xiàn)象，通過此種技術(shù)，使突水變害為利，不但解決了現(xiàn)場施工用水，還解決了生活用水。
5、結(jié)束語
?。?）、導(dǎo)水陷落柱的突水，往往造成災(zāi)難性的淹井后果，且難以有效預(yù)防。
?。?）、陷落柱突水淹井后，為了加快復(fù)礦速度，減少淹井的損失，采取以上有效技術(shù)措施，綜合治理，會取得良好的效果。
?。?）、對突水的預(yù)防，采取遠(yuǎn)距離放炮，現(xiàn)場專人觀察水情，施工探水鉆孔，進(jìn)行物探等措施。
?。?）、陷落柱中掘進(jìn)采取少裝藥，淺循環(huán)掘進(jìn)，防止頂板垮落。
