文/王建新唐輝

龍門峽南煤礦水患治理方案

文/王建新唐輝

四川華鎣山廣能集團(tuán)龍門峽南煤礦礦區(qū)面積約18.6km2，規(guī)劃設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為60萬噸/年，設(shè)計(jì)服務(wù)年限40年，可采儲(chǔ)量3123萬噸，礦區(qū)地層巖性以可溶性碳酸鹽巖為主，碎屑巖次之。礦區(qū)為以溶蝕為主的中切割中低山地形地貌，巖溶漏斗、落水洞、沖溝等十分發(fā)育，井下巖溶、裂隙大都與地表連通。雨季時(shí)，井下涌水量驟增驟減變化較大，風(fēng)井施工以來共發(fā)生過3次巖溶突水事故（突水地層均為P3c），最大突水量達(dá)到20000m3/h左右，對礦井施工造成嚴(yán)重水患威脅。為此，龍門峽南煤礦開展水文地質(zhì)專項(xiàng)調(diào)查，采用“疏堵結(jié)合”的治理方案，取得明顯成效。

一、方案設(shè)計(jì)

經(jīng)分析確定采用“疏”與“堵”相結(jié)合方式對風(fēng)井區(qū)域揭露的6#、7#裂隙進(jìn)行治理，“疏”：施工專用放水巷對溶洞水與裂隙水進(jìn)行疏放；“堵”：一是采用環(huán)狀澆筑體+壁后注漿充填并保留原有的水流通道；二是采用高壓水射流對裂隙內(nèi)的軟弱層進(jìn)行沖洗+注漿充填封堵。同時(shí)，開展專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查，掌握井田區(qū)域水文地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)及深度，揭示與井下涌水相關(guān)的巖溶構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)對礦區(qū)的巖溶水害進(jìn)行預(yù)測和判定。

1.放水巷。設(shè)計(jì)專用放水巷揭穿6#溶洞底部疏放雨季期間的巖溶涌水。

2．環(huán)狀澆筑體+壁后注漿充填。鑒于回風(fēng)平硐為礦井強(qiáng)制負(fù)壓回風(fēng)巷道，巷道無大通道排水泄壓條件，且6#溶洞位于斜巷上方，兼之周圍有一定范圍的溶蝕構(gòu)造應(yīng)力解除裂隙發(fā)育帶及巷道施工松動(dòng)圈，如設(shè)旁道泄水，難以保證巷道安全，因此選擇采用“混凝土套壁封閉+注漿充填”的方式進(jìn)行治理。采用鋼筋混凝土套壁現(xiàn)澆對回風(fēng)平硐6#溶洞進(jìn)行封閉，并預(yù)留注漿孔，對5#溶洞擋水墻實(shí)施補(bǔ)強(qiáng)加固，然后通過注漿對回風(fēng)平硐6#溶洞空洞處與進(jìn)風(fēng)平硐的3#、4#巖溶裂隙帶實(shí)施可靠充填封閉，以增加溶洞影響區(qū)域巷道的抗壓強(qiáng)度，提高混凝土套壁封閉工程井筒抗壓強(qiáng)度，確保6#溶洞封堵之后高壓巖溶積水不會(huì)通過其他薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生突水事故。

3．高壓水射流對裂隙內(nèi)的軟弱層進(jìn)行沖洗+注漿充填封堵。7#裂隙(底板高程+600.5m)所在地層長興組，對應(yīng)地面水頭壓力最高水壓為3.9MPa。設(shè)計(jì)時(shí)按最高水壓的1.15倍即4.5MPa進(jìn)行，先在巷道內(nèi)對較大（寬度超過20mm）的裂隙進(jìn)行直接高壓水射流沖洗并注漿加固，然后采用帷幕鉆孔對所有裂隙進(jìn)行清洗并注漿，保證形成環(huán)狀帷幕封堵體。見圖1，7#裂隙帷幕注漿鉆孔圖，說明見表1。

4．專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查

對井田區(qū)域內(nèi)地下水補(bǔ)、徑、排條件及巷道突水狀況進(jìn)行調(diào)查及整治，為煤礦的順利生產(chǎn)提供理論支持。其中，開展連通試驗(yàn)主要有兩個(gè)目的：一是分析龍門峽南煤礦回風(fēng)平硐和回風(fēng)上山的涌水來源問題，特別是6#溶洞的巖溶水來源問題；二是龍門峽南煤礦回風(fēng)平硐地下暗河來源及去向問題。

圖1 7#裂隙帷幕注漿鉆孔圖

二、方案實(shí)施

1．放水巷施工。在+621m水平施工放水巷疏放6#溶洞及其影響區(qū)域巖溶涌水，巷道采用半圓拱斷面施工，巷寬2.7m，巷高2.75m。

2.環(huán)狀澆筑體+壁后注漿充填施工。對6#溶洞進(jìn)行鋼筋混凝土現(xiàn)澆環(huán)形井筒支護(hù)，并預(yù)埋注漿管。布筋采用3層鋼筋雙向布筋，主筋（橫向）采用Φ22mm螺紋鋼，副筋（縱向）采用Φ16mm螺紋鋼，拉筋采用Φ12mm圓鋼，主副筋間間排距均為300mm，拉筋間距600mm，主筋之間層間距為400mm，內(nèi)、外保護(hù)層厚度分別為80mm、70mm。

（1）先進(jìn)行造假底，最底層用22KG鋼軌輔底，回填2～4cm碎石并在碎石層中安設(shè)注漿管進(jìn)行注漿造底。

（2）混凝土澆筑，厚度為950mm，標(biāo)號為C30，配合比為水∶水泥∶河沙∶石子=0.51∶1∶1.31∶3.81（重量比）?；炷辆查L18m。其中，6#溶洞前搭接5m（回風(fēng)平硐井口方向），后搭接8m?，F(xiàn)澆前先用清水對巷道巖壁進(jìn)行清洗，以保證現(xiàn)澆混凝土與巖壁結(jié)合密實(shí)，并及時(shí)清除鋼筋、模板上的油漬污質(zhì)和積水。

（3）壁后充填注漿，對6#溶洞混凝土套壁和溶洞之間的空洞部分進(jìn)行了CS雙液注漿處理以保證井筒抗壓強(qiáng)度，雙液注漿采用水玻璃（波美度為40）比水泥漿為1∶3（體積比）的雙液漿，水泥漿的水灰比為1∶1（重量比），見圖2，注漿竣工圖。

3．高壓水射流對裂隙內(nèi)的軟弱層進(jìn)行沖洗+注漿充填封堵。對7#裂隙已揭露的部分直接進(jìn)行高壓水射流沖洗裂隙內(nèi)夾的軟弱層，沖洗后進(jìn)行人造止?jié){墻，止?jié){墻深度2.0m。在止?jié){墻外部注漿對裂隙進(jìn)行封堵。針對裂隙施工帷幕鉆孔，鉆孔設(shè)計(jì)在裂隙四周穿層施工，在孔內(nèi)進(jìn)行高壓水射流沖洗后注漿形成帷幕墻。

4．專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查。開展巖溶水文地質(zhì)測繪及巖溶調(diào)查等工作，完成資料分析、圖件編制、報(bào)告編寫工作。通過系統(tǒng)的地質(zhì)圖修測及物探、示蹤試驗(yàn)等技術(shù)手段詳細(xì)核查了調(diào)查范圍的地層巖性的變化規(guī)律，詳細(xì)核查了地表地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)，復(fù)核全區(qū)褶皺3個(gè)，斷層2條。通過水文地質(zhì)調(diào)查與修測，查明查區(qū)內(nèi)的水文地質(zhì)特征，系統(tǒng)編制了1∶10000水文地質(zhì)等圖件。

三、結(jié)論

1.通過2013年雨季檢驗(yàn)表明，+621m放水巷能夠有效疏放6#溶洞及其影響區(qū)域的巖溶涌水，+621m水平以下的7#裂隙封堵工程質(zhì)量可靠。

2.通過專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查，基本探查清楚了井田區(qū)域水文地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)及深度，揭示與井下涌水相關(guān)的巖溶構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)對礦區(qū)的巖溶水害進(jìn)行預(yù)測、判定，專項(xiàng)調(diào)查表明，龍門峽南煤礦屬于頂板、底板巖溶充水礦床，水害治理主要是以“防”為主，通過排水和注漿支護(hù)等手段進(jìn)行治理。

3.采用“疏堵結(jié)合”治理技術(shù)方案，極大地縮短了礦井建設(shè)時(shí)間。

4.回風(fēng)平硐及回風(fēng)上山，在長興灰?guī)r中已經(jīng)揭露的6#溶洞暗河系統(tǒng)發(fā)育復(fù)雜，涌水量大，短時(shí)間內(nèi)有一定的聚壓效應(yīng)，應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)+621m放水巷的維護(hù)與監(jiān)測工作，并制定必要的應(yīng)急預(yù)案、措施。

（作者單位：四川華鎣山廣能集團(tuán)）

（責(zé)任編輯：龐永厚）

表1

圖2注漿竣工圖