综合防治水技术在突水矿井的研究与应用
综合防治水技术在突水矿井的研究与应用
海力财富集团 颜廷居 张明乾
一、突水概况
2013年4月份，我们在观察井下各出水点涌水量情况时，发现-128m挡水墙内涌水量增大，通过打开密闭进行通风排放放瓦斯后观察，第二道挡水墙内疏水管管壁严重腐蚀，涌水量由于奥灰水水压大(在-400m水平为4.5MPa)逐渐增大，初期为16m3/h，一星期后，涌水量增大至255m3/h，严重威胁着我矿的安全生产，为确保井下各采掘施工地点的正常生产，可采取排水或加固挡水墙进行强承压奥灰水封堵技术，前者增加排水费用，大量的水排至井上又会造成大量农田淹没，企业与周边村民关系不好处理，最佳方案是加固挡水墙直接封堵，在动水中施工，获得成功后，实现了优质快速封堵，保住了矿井，减少排水费用255×30×12×24×0.6=132.2万元，恢复了矿井的正常生产。
二、及技术方案确定
奥陶系灰岩承压水严重威胁煤矿安全生产，一旦突水处理不当，很易淹没矿井，我矿此次奥灰水的突发，选择了井下筑挡水墙直接堵水方案，挡住了4.5MPa(在-400m水平为4.5MPa)的高压水且滴水漏，快速封堵成功，堵水效果99.9%。
此次筑建挡水墙直接堵水工程是在突水量已近225m3/h的流水中施工，在一月内建成并且滴水不漏，确保安全生产，现对其主要技术措施综述如下：
2.1 混凝土挡水墙设计
2.11 主墙规格
在巷道周围掏槽，微楔形挡水墙，楔角α取5°，墙厚按下式计算即或：
H=
式中：H—挡水墙厚度
ρ—水压力，根据奥灰水水头值确定为4.5MPa
S—挡水墙处巷道净断面积，7m2
L—挡水墙处周长，10m
T剪——密闭材料的许可抗剪强度，对混凝土取0.15Kd
Kd—挡水墙处基础岩石的抗压强度，根据岩性Kd取4~10MPa，因主墙大部分为砂质泥岩，故取4.0MPa
K—系数，一般为1.0~2.0，取1.5
计算挡水墙厚度为：
H=
=7.8m
取墙厚为8m
2.1.2 掏槽尺寸与方法
挡水墙是微楔形，楔角α=5°，最大掏槽深度为h=HSinα=7×Sin5°=0.6m
掏槽采用打浅眼放小炮为主，风镐剔除为辅的方式，要求在原设计深度的基础上，周边必须见完整的硬岩石。
2.1.3 混凝土材料及挡水墙结构
混凝土材料及挡水墙结构，挡水墙必须在浇筑后24h内抗住高压水，选择625#高标号速凝早强特种水泥，掺入5%的速凝剂，细骨料选用级配合格的中粗砂，粗骨料选用级配合格最大粒径小于40mm的卵石或碎石，水泥、砂、石子的比例为1：1.27：3.3，水灰比为0.6。
在保证8m厚主墙的基础上，为防止关闸后漏水，主墙外预留200mm空间，再构筑一道副挡水墙，厚度按前式计算，因副墙所处基础岩性为三层灰岩，Kd取10.0MPa，确定墙厚2.5m，并预埋了3根Φ40mm无缝钢管待浇灌12h后，两墙之间进行全断面高压注浆，简易双液浆封堵围岩裂隙代替预留壁后注浆的传统方法。这对挡水墙滴水不漏起到了关键作用。
2.1.4 浇灌质量的要求
专人控制配合比，搅拌机搅拌，风镐振动捣实，封顶采用喷浆机高压喷射。
2.2 选择最佳位置
分析-128m北石门地质剖面图，挡水墙位置设计在距离三叉口以里石门段，该处地质构造正常，岩石完整位于第二层石灰岩以上的砂质泥岩层内，三层灰岩致密、坚硬、抗压强度大，与混凝土墙接触性能好，是最好抗高压水的岩层，而砂质泥岩虽然抗压强度低，但隔水性好，能有效地防止漏水，因此，该处是建挡水墙的最佳位置。
2.3 构筑隔水性能强的临时挡水设施
2.3.1 材料选择
此次针对巷道内水流大、水流速在0.8m/s以上及持续时间长的特点，选择了优质的泥矸粉加工成可塑性泥矸砖作为临时挡水墙材料，该材料具有隔水性好、渗透能力差、遇水粘性强的特点。
2.3.2 规格要求
挡水墙里、外两侧各设一道，距混凝土挡水墙间隙为300~500mm，以利于混凝土挡水墙的浇灌，里外两临时挡水墙的规格(宽×高×厚)分别为2800mm×160mm×1600mm、2800mm×1100mm×1100mm，应高于疏干水位。
2.4 疏水管安设
根据涌水量及巷道空间的大小，设计安装6根直径为273mm长14m的钢管向外输水，按当时的涌水量计算，2根疏水管即可满足，疏水管外接耐压能力不低于4.5MPa的高压法兰盘及水闸门，将水疏导到外临时挡水墙外侧，确保混凝土挡水墙在无积水条件下施工。
根据水位上升速度确定距突水水平垂深10m时，无压一次关闭水闸。
三、实践体会
这次发生奥陶系灰岩岩溶特大型突水后，经过打挡水墙直接堵水，实践证明，挡水墙挡住了压力为4.5MPa的高压水，避免了矿井被淹没的危险，挽回了巨大的经济损失，每年可节约排水费用110万元，为类似条件下直接拦堵奥灰水提供了经验，具有推广应用价值。
