綜合防治水技術在突水礦井的研究與應用
綜合防治水技術在突水礦井的研究與應用
海力財富集團 顏廷居 張明乾
一、突水概況
2013年4月份，我們在觀察井下各出水點湧水量情況時，發現-128m擋水牆內湧水量增大，通過打開密閉進行通風排放放瓦斯後觀察，第二道擋水牆內疏水管管壁嚴重腐蝕，湧水量由於奧灰水水壓大(在-400m水平為4.5MPa)逐漸增大，初期為16m3/h，一星期後，湧水量增大至255m3/h，嚴重威脅著我礦的安全生產，為確保井下各采掘施工地點的正常生產，可采取排水或加固擋水牆進行強承壓奧灰水封堵技術，前者增加排水費用，大量的水排至井上又會造成大量農田淹沒，企業與周邊村民關係不好處理，最佳方案是加固擋水牆直接封堵，在動水中施工，獲得成功後，實現了優質快速封堵，保住了礦井，減少排水費用255×30×12×24×0.6=132.2萬元，恢複了礦井的正常生產。
二、及技術方案確定
奧陶係灰岩承壓水嚴重威脅煤礦安全生產，一旦突水處理不當，很易淹沒礦井，我礦此次奧灰水的突發，選擇了井下築擋水牆直接堵水方案，擋住了4.5MPa(在-400m水平為4.5MPa)的高壓水且滴水漏，快速封堵成功，堵水效果99.9%。
此次築建擋水牆直接堵水工程是在突水量已近225m3/h的流水中施工，在一月內建成並且滴水不漏，確保安全生產，現對其主要技術措施綜述如下：
2.1 混凝土擋水牆設計
2.11 主牆規格
在巷道周圍掏槽，微楔形擋水牆，楔角α取5°，牆厚按下式計算即或：
H=
式中：H—擋水牆厚度
ρ—水壓力，根據奧灰水水頭值確定為4.5MPa
S—擋水牆處巷道淨斷麵積，7m2
L—擋水牆處周長，10m
T剪——密閉材料的許可抗剪強度，對混凝土取0.15Kd
Kd—擋水牆處基礎岩石的抗壓強度，根據岩性Kd取4~10MPa，因主牆大部分為砂質泥岩，故取4.0MPa
K—係數，一般為1.0~2.0，取1.5
計算擋水牆厚度為：
H=
=7.8m
取牆厚為8m
2.1.2 掏槽尺寸與方法
擋水牆是微楔形，楔角α=5°，最大掏槽深度為h=HSinα=7×Sin5°=0.6m
掏槽采用打淺眼放小炮為主，風鎬剔除為輔的方式，要求在原設計深度的基礎上，周邊必須見完整的硬岩石。
2.1.3 混凝土材料及擋水牆結構
混凝土材料及擋水牆結構，擋水牆必須在澆築後24h內抗住高壓水，選擇625#高標號速凝早強特種水泥，摻入5%的速凝劑，細骨料選用級配合格的中粗砂，粗骨料選用級配合格最大粒徑小於40mm的卵石或碎石，水泥、砂、石子的比例為1：1.27：3.3，水灰比為0.6。
在保證8m厚主牆的基礎上，為防止關閘後漏水，主牆外預留200mm空間，再構築一道副擋水牆，厚度按前式計算，因副牆所處基礎岩性為三層灰岩，Kd取10.0MPa，確定牆厚2.5m，並預埋了3根Φ40mm無縫鋼管待澆灌12h後，兩牆之間進行全斷麵高壓注漿，簡易雙液漿封堵圍岩裂隙代替預留壁後注漿的傳統方法。這對擋水牆滴水不漏起到了關鍵作用。
2.1.4 澆灌質量的要求
專人控製配合比，攪拌機攪拌，風鎬振動搗實，封頂采用噴漿機高壓噴射。
2.2 選擇最佳位置
03manbetx -128m北石門地質剖麵圖，擋水牆位置設計在距離三叉口以裏石門段，該處地質構造正常，岩石完整位於第二層石灰岩以上的砂質泥岩層內，三層灰岩致密、堅硬、抗壓強度大，與混凝土牆接觸性能好，是最好抗高壓水的岩層，而砂質泥岩雖然抗壓強度低，但隔水性好，能有效地防止漏水，因此，該處是建擋水牆的最佳位置。
2.3 構築隔水性能強的臨時擋水設施
2.3.1 材料選擇
此次針對巷道內水流大、水流速在0.8m/s以上及持續時間長的特點，選擇了優質的泥矸粉加工成可塑性泥矸磚作為臨時擋水牆材料，該材料具有隔水性好、滲透能力差、遇水粘性強的特點。
2.3.2 規格要求
擋水牆裏、外兩側各設一道，距混凝土擋水牆間隙為300~500mm，以利於混凝土擋水牆的澆灌，裏外兩臨時擋水牆的規格(寬×高×厚)分別為2800mm×160mm×1600mm、2800mm×1100mm×1100mm，應高於疏幹水位。
2.4 疏水管安設
根據湧水量及巷道空間的大小，設計安裝6根直徑為273mm長14m的鋼管向外輸水，按當時的湧水量計算，2根疏水管即可滿足，疏水管外接耐壓能力不低於4.5MPa的高壓法蘭盤及水閘門，將水疏導到外臨時擋水牆外側，確保混凝土擋水牆在無積水條件下施工。
根據水位上升速度確定距突水水平垂深10m時，無壓一次關閉水閘。
三、實踐體會
這次發生奧陶係灰岩岩溶特大型突水後，經過打擋水牆直接堵水，實踐證明，擋水牆擋住了壓力為4.5MPa的高壓水，避免了礦井被淹沒的危險，挽回了巨大的經濟損失，每年可節約排水費用110萬元，為類似條件下直接攔堵奧灰水提供了經驗，具有推廣應用價值。
