王翰林：岩溶、導水陷落柱治理技術與實例分析
作者：佚名
2009-11-24 11:22
來源：中國煤炭新聞網
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：岩溶陷落柱是埋藏在煤係地層下部的巨厚可溶岩體，在地下水溶蝕作用下，形成巨大的岩溶空洞。川南煤業石屏一礦運輸大巷遇到導水、岩溶陷落柱，這不但影響巷道的掘進進度，而且還是特殊的導水通道，給作業人員帶來生命威脅。對於這些充水因素，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岩溶、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 中空螺紋錨杆 探水孔 上下導坑 風鎬掘進 溶水槽 引水漏鬥
一、工程概況
石屏一礦是列入國家十三個煤炭大基地規劃之內的古敘礦區開發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石屏鄉。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。
礦井位於四川盆地與雲貴高原的過渡地帶，總體地勢呈南高北低，河穀切割強烈，最低點為石亮河，標高+420m，最高點為岩埡口，標高+1160.92m，屬構造剝蝕成因的中山區地形。井田東西走向長約7.8km,傾向寬約2.7km。區內含煤地層平均厚89.45m，含煤9～18層，煤層總厚11.20m，含煤係數12.8%。可采和局部可采煤層有8層，可采厚度9.61m，可采含煤係數11.0%。即C13、C14、C15、C19上、C19、C23、C24、C25煤層，其中C19、C25煤層全區可采，煤層結構簡單，厚度變化較小，屬較穩定～穩定煤層，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湧出量為20m3/t,屬高瓦斯突出礦井；區內岩溶、陷落柱、裂隙發育，探明暗河有7條；井口位於井田西端，基本上是單翼施工，主平硐在二疊係上統長興灰岩掛口，進入煤係地層龍潭組，最後進入茅口灰岩，在茅口灰岩中向東沿走向開鑿+435m運輸大巷，巷道全長2540米，采用直牆圓弧拱形斷麵，淨寬4.8m,淨高3.6m，橫斷麵麵積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運輸大巷於2007年11月20日（裏程1488m）遇岩溶、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，圍岩極易垮落，並且有大量高壓水流出，其最高湧水量達到4萬m3/h,導致礦井被淹。 +435m運輸大巷在陷落柱中掘進115m後，巷道迎麵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，臨近工作麵的8榀鋼支架嚴重變型。至2008年5月6日（裏程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，而且可以豐富岩溶、導水陷落柱下巷道掘進理倫和技術體係。
二、治理技術
1、引流機理。
根據現場湧水量大小，查清陷落柱基本形態，施工探水鑽孔，預測水流延伸方向施工一條引水巷，小斷麵掘進，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，湧出量大的情況下，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的探水鑽孔（詳見鑽孔參數表），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，湧水量最高達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，為了盡快恢複生產，製定了引流技術快速切斷水源的方案。在巷道正常灰岩離陷落柱20m處施工一條繞道放水。巷道 設計斷麵10.03平方米，能滿足幾萬立方米的湧水流出，在繞道施工至95m時，施工探放水鑽孔時，湧出大量高壓水，通過放炮揭開溶洞 措施後，使高壓水全部釋放出來，此時正巷陷落柱段湧水量陡然降低，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、碎石塊以及衝積煤塊的混合物呈液限和塑限。當含水量大於液限則呈流動形成泥石流；當含水量小於塑限時為固體。因此過陷落柱發生頂板泥石流的外部條件，就是有湧水。通過綜合 措施，引流、疏水使工作麵無湧水流出，將泥夾石由流態變為固態，從而保證工作麵泥石流被有效抑製。泥石流被有效抑製後，據鑽孔資料，由於泥石流發生在陷落柱邊緣附近，離灰岩較近，沿巷道輪廓線，均勻布置一圈直徑為65mm的鑽孔，孔內施工邁式公司特製“中空錨杆”，錨杆在基岩中施工5米，邁式錨杆施工端采取架密鋼支架支撐錨杆，鋼支架采用9#礦用工字鋼加工耍成，支架間距控製在200mm-400mm之間，支架間用每根長500mm的30kg/m的鋼軌連結並焊接牢實，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杆兩端點受力點堅固。邁式中空錨杆施工完畢後，馬上進行返流注漿，待 3-5天凝固後，進行下步工序。為減小對圍岩的振動，防止頂板岩石局部垮落，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%，因此采取以風鎬鑿岩，分上、下導坑的方式掘進。（注：以巷道起拱線為分界線，工作麵分上、下部開挖；先用風鎬采上部岩石，待支護完畢後，才進行工作麵下部開挖；對局部大塊岩石，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後，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後，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，在堵水後未出現漏水現象，創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，然後加工一個引水漏鬥，把餘部的水引出地麵。 石屏一礦+435m運輸大巷，成功施工引水道後，由於水流與地麵導通，遇到下大雨，湧水量增大，時有淹井發生，給生產帶來阻力，待陷落柱成功掘過後，對湧水實施了，“輸、堵”結合技術，產生了良好的效果和經濟效益。對於出水點，爆破出一個高2米，寬1.5米，深1.5米的溶水槽，然後加工一個引水漏，引水漏鬥尾端焊接2根直徑219mm水管，使全部湧水聚集到漏鬥通過219mm管子流出來，再在出水點前後15m巷道施工厚400mm的鋼筋砼，封閉容水槽。由於石屏一礦在枯水季節有嚴重缺水現象，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
（1）、導水陷落柱的突水，往往造成災難性的淹井後果，且難以有效預防。
（2）、陷落柱突水淹井後，為了加快複礦速度，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，施工探水鑽孔，進行物探等措施。
（4）、陷落柱中掘進采取少裝藥，淺循環掘進，防止頂板垮落。
摘 要：岩溶陷落柱是埋藏在煤係地層下部的巨厚可溶岩體，在地下水溶蝕作用下，形成巨大的岩溶空洞。川南煤業石屏一礦運輸大巷遇到導水、岩溶陷落柱，這不但影響巷道的掘進進度，而且還是特殊的導水通道，給作業人員帶來生命威脅。對於這些充水因素，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岩溶、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 中空螺紋錨杆 探水孔 上下導坑 風鎬掘進 溶水槽 引水漏鬥
一、工程概況
石屏一礦是列入國家十三個煤炭大基地規劃之內的古敘礦區開發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石屏鄉。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。
礦井位於四川盆地與雲貴高原的過渡地帶，總體地勢呈南高北低，河穀切割強烈，最低點為石亮河，標高+420m，最高點為岩埡口，標高+1160.92m，屬構造剝蝕成因的中山區地形。井田東西走向長約7.8km,傾向寬約2.7km。區內含煤地層平均厚89.45m，含煤9～18層，煤層總厚11.20m，含煤係數12.8%。可采和局部可采煤層有8層，可采厚度9.61m，可采含煤係數11.0%。即C13、C14、C15、C19上、C19、C23、C24、C25煤層，其中C19、C25煤層全區可采，煤層結構簡單，厚度變化較小，屬較穩定～穩定煤層，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湧出量為20m3/t,屬高瓦斯突出礦井；區內岩溶、陷落柱、裂隙發育，探明暗河有7條；井口位於井田西端，基本上是單翼施工，主平硐在二疊係上統長興灰岩掛口，進入煤係地層龍潭組，最後進入茅口灰岩，在茅口灰岩中向東沿走向開鑿+435m運輸大巷，巷道全長2540米，采用直牆圓弧拱形斷麵，淨寬4.8m,淨高3.6m，橫斷麵麵積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運輸大巷於2007年11月20日（裏程1488m）遇岩溶、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，圍岩極易垮落，並且有大量高壓水流出，其最高湧水量達到4萬m3/h,導致礦井被淹。 +435m運輸大巷在陷落柱中掘進115m後，巷道迎麵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，臨近工作麵的8榀鋼支架嚴重變型。至2008年5月6日（裏程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，而且可以豐富岩溶、導水陷落柱下巷道掘進理倫和技術體係。
二、治理技術
1、引流機理。
根據現場湧水量大小，查清陷落柱基本形態，施工探水鑽孔，預測水流延伸方向施工一條引水巷，小斷麵掘進，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，湧出量大的情況下，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的探水鑽孔（詳見鑽孔參數表），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，湧水量最高達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，為了盡快恢複生產，製定了引流技術快速切斷水源的方案。在巷道正常灰岩離陷落柱20m處施工一條繞道放水。巷道 設計斷麵10.03平方米，能滿足幾萬立方米的湧水流出，在繞道施工至95m時，施工探放水鑽孔時，湧出大量高壓水，通過放炮揭開溶洞 措施後，使高壓水全部釋放出來，此時正巷陷落柱段湧水量陡然降低，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、碎石塊以及衝積煤塊的混合物呈液限和塑限。當含水量大於液限則呈流動形成泥石流；當含水量小於塑限時為固體。因此過陷落柱發生頂板泥石流的外部條件，就是有湧水。通過綜合 措施，引流、疏水使工作麵無湧水流出，將泥夾石由流態變為固態，從而保證工作麵泥石流被有效抑製。泥石流被有效抑製後，據鑽孔資料，由於泥石流發生在陷落柱邊緣附近，離灰岩較近，沿巷道輪廓線，均勻布置一圈直徑為65mm的鑽孔，孔內施工邁式公司特製“中空錨杆”，錨杆在基岩中施工5米，邁式錨杆施工端采取架密鋼支架支撐錨杆，鋼支架采用9#礦用工字鋼加工耍成，支架間距控製在200mm-400mm之間，支架間用每根長500mm的30kg/m的鋼軌連結並焊接牢實，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杆兩端點受力點堅固。邁式中空錨杆施工完畢後，馬上進行返流注漿，待 3-5天凝固後，進行下步工序。為減小對圍岩的振動，防止頂板岩石局部垮落，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%，因此采取以風鎬鑿岩，分上、下導坑的方式掘進。（注：以巷道起拱線為分界線，工作麵分上、下部開挖；先用風鎬采上部岩石，待支護完畢後，才進行工作麵下部開挖；對局部大塊岩石，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後，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後，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，在堵水後未出現漏水現象，創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，然後加工一個引水漏鬥，把餘部的水引出地麵。 石屏一礦+435m運輸大巷，成功施工引水道後，由於水流與地麵導通，遇到下大雨，湧水量增大，時有淹井發生，給生產帶來阻力，待陷落柱成功掘過後，對湧水實施了，“輸、堵”結合技術，產生了良好的效果和經濟效益。對於出水點，爆破出一個高2米，寬1.5米，深1.5米的溶水槽，然後加工一個引水漏，引水漏鬥尾端焊接2根直徑219mm水管，使全部湧水聚集到漏鬥通過219mm管子流出來，再在出水點前後15m巷道施工厚400mm的鋼筋砼，封閉容水槽。由於石屏一礦在枯水季節有嚴重缺水現象，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
（1）、導水陷落柱的突水，往往造成災難性的淹井後果，且難以有效預防。
（2）、陷落柱突水淹井後，為了加快複礦速度，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，施工探水鑽孔，進行物探等措施。
（4）、陷落柱中掘進采取少裝藥，淺循環掘進，防止頂板垮落。
