王翰林：巖溶、導水陷落柱治理技術與實例分析

　　作者單位： 四川芙蓉集團宜賓川南建設工程有限公司石屏一礦工程項目部
　　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)石屏一礦運輸大巷遇到導水、巖溶陷落柱，這不但影響巷道的掘進進度，而且還是特殊的導水通道，給作業(yè)人員帶來生命威脅。對于這些充水因素，我們在施工時采取了一些有效的措施，本文重點介紹基建礦遇巖溶、導水陷落柱巷道掘進的一些經驗與技術。

　　關鍵詞：礦井突水　陷落柱　淹井　輸、堵結合 引水巷 注漿 中空螺紋錨桿 探水孔 上下導坑 風鎬掘進 溶水槽 引水漏斗
　　一、工程概況
　石屏一礦是列入國家十三個煤炭大基地規(guī)劃之內的古敘礦區(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重慶設計研究院設計，由川南煤業(yè)古敘煤電公司建設，四川芙蓉集團宜賓川南建設工程有限公司施工。設計生產能力120萬噸/年，綜合機械化方式采煤。
　　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，河谷切割強烈，最低點為石亮河，標高+420m，最高點為巖埡口，標高+1160.92m，屬構造剝蝕成因的中山區(qū)地形。井田東西走向長約7.8km,傾向寬約2.7km。區(qū)內含煤地層平均厚89.45m，含煤9～18層，煤層總厚11.20m，含煤系數12.8%?？刹珊途植靠刹擅簩佑?層，可采厚度9.61m，可采含煤系數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，煤層結構簡單，厚度變化較小，屬較穩(wěn)定～穩(wěn)定煤層，根據地質報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，進入煤系地層龍?zhí)督M，最后進入茅口灰?guī)r，在茅口灰?guī)r中向東沿走向開鑿+435m運輸大巷，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運輸大巷主要用途:為整個礦井服務，主要擔負礦井材料及設備運輸、人員進出、進風及排水。
　　石屏一礦+435m運輸大巷于2007年11月20日（里程1488m）遇巖溶、陷落柱。經勘探查明，該陷落柱體積大，柱內水流速度快，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，其最高涌水量達到4萬m3/h,導致礦井被淹。 +435m運輸大巷在陷落柱中掘進115m后，巷道迎面右方出現一個孔洞，洞內有煤粒和水流出，形成泥石流，導致已掘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措施，對處理陷落柱、溶洞等積累了豐富的經驗和治理技術，不僅可取得顯著的經濟效益，而且可以豐富巖溶、導水陷落柱下巷道掘進理倫和技術體系。
　　二、治理技術
　　1、引流機理。
　　根據現場涌水量大小，查清陷落柱基本形態(tài)，施工探水鉆孔，預測水流延伸方向施工一條引水巷，小斷面掘進，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。關鍵技術：首先要判斷確定陷落柱的構造位置，施工直徑65mm的探水鉆孔（詳見鉆孔參數表），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的成功關鍵。



　　石屏一礦+435m運輸大巷，遇到陷落柱時，產生大量泥石流，導致20米巷道被淹沒，涌水量最高達4萬立方米/小時，不采取引流技術，是無法成功掘過陷落柱的，為了盡快恢復生產，制定了引流技術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。巷道設計斷面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，施工探放水鉆孔時，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，此時正巷陷落柱段涌水量陡然降低，主要出水點已無水流出。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
　　治理機理。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。當含水量大于液限則呈流動形成泥石流；當含水量小于塑限時為固體。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的鋼軌連結并焊接牢實，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受力點堅固。邁式中空錨桿施工完畢后，馬上進行返流注漿，待 3-5天凝固后，進行下步工序。為減小對圍巖的振動，防止頂板巖石局部垮落，經過現場總結，針對陷落柱內充填物全是泥夾石，其中黃泥成分占90%，因此采取以風鎬鑿巖，分上、下導坑的方式掘進。（注：以巷道起拱線為分界線，工作面分上、下部開挖；先用風鎬采上部巖石，待支護完畢后，才進行工作面下部開挖；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
　陷落柱的突水在截流基本成功后，為了加快堵水進程，在陷落柱構造不確定的情況下，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運輸大巷在成功掘過陷落柱后，實施了返流注漿，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，在堵水后未出現漏水現象，創(chuàng)造了顯著的經濟效益。
　　4、輸、堵結合技術
　　維持導水陷落柱中原水流通道，使之按原來路程行進，在出水點爆破出一個溶水槽，然后加工一個引水漏斗，把余部的水引出地面。 石屏一礦+435m運輸大巷，成功施工引水道后，由于水流與地面導通，遇到下大雨，涌水量增大，時有淹井發(fā)生，給生產帶來阻力，待陷落柱成功掘過后，對涌水實施了，“輸、堵”結合技術，產生了良好的效果和經濟效益。對于出水點，爆破出一個高2米，寬1.5米，深1.5米的溶水槽，然后加工一個引水漏，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)有嚴重缺水現象，通過此種技術，使突水變害為利，不但解決了現場施工用水，還解決了生活用水。
　　5、結束語
?。?）、導水陷落柱的突水，往往造成災難性的淹井后果，且難以有效預防。
?。?）、陷落柱突水淹井后，為了加快復礦速度，減少淹井的損失，采取以上有效技術措施，綜合治理，會取得良好的效果。
　（3）、對突水的預防，采取遠距離放炮，現場專人觀察水情，施工探水鉆孔，進行物探等措施。
?。?）、陷落柱中掘進采取少裝藥，淺循環(huán)掘進，防止頂板垮落。