导水陷落柱突水淹井综合治理技术

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导水陷落柱突水淹井综合

治理技术

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文件编号：KG-AO-4094-68 导水陷落柱突水淹井综合治理技术

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1引言

岩溶陷落柱是埋藏在煤系地层下部的巨厚可深岩体，在地下水溶蚀作用下，形成巨大的岩溶空洞。空洞顶部岩层，当其失去对上覆岩体支撑能力时，上覆岩体在重力作用下向下垮落，充填于溶蚀空间中，因其剖面形态似一柱体，故称岩溶陷落柱。我国岩溶陷落柱多发育于北方石炭二叠系煤田，在山西、河北、河南、陕西、山东、江苏、安徽等20多个煤田中，已发现陷落柱45处，总数已接近3000个，特别是山西、河北较多，尤其以汾西两岸、太行山两侧煤田为多，如西山矿区已发现陷落柱1300多个，密度可达到70个/km²。岩溶陷落柱的这种特殊地质现象的存在，不仅破坏煤层，减少可采储量，巷道的掘进和煤层的开

采，而且是特殊的异水通道，是很难防治的充水因素。我国开滦、焦作、皖北、徐州、邢台等矿区都发生过特大陷落柱突水淹井事故，造成了重大的经济损失和社会影响，其中开滦范各庄矿突水淹井事故是世界采矿史上最大的一次淹井事故。尽管陷落柱突水淹井事故难以有效预防，但突水后可以采取综合治理技术将复矿的时间大大缩短，将灾害损失降低到最低限度。本文重点探讨我国陷落柱突水淹井的综合治理技术。

2导水陷落柱的基本特征

陷落柱的导水性可分为3种类型；强充水型、边缘充水型、弱充水型。从已发现的陷落柱来看，绝大多数的陷落柱是弱充水型，陷落柱内充填物压实紧密，风化程度极强，边缘裂隙水已被疏降，煤矿在回采过程中，没有水或少量滴水；边缘充水型的陷落柱内充填物压实紧密，风化程度较强，柱内水力联系不好，只是陷落柱边缘发育的次生裂隙充水，对奥灰水的导

通性不好，采掘工程揭露时一般以淋、滴水为主，涌水量不大；强充水型陷落柱内充填物未被压实，柱内水力联系良好，直接导通奥灰高压水，沟通了煤系地层各含水层，采掘工程一旦揭露就发生突水，水量大而稳定，对矿井造成灾难性的淹井事故，防排水设施很难起作用，建国后我国已发生多起陷落柱突水淹井事故。

3综合治理技术

3.1巷道截流技术

打钻命中巷道，钻孔终孔孔径不小于100mm，打透巷道后先投注骨料，再注浆加压，最后引流注浆。适用条件：陷落柱突水点位于独头巷道，巷道加固较好。关键技术：巷道的测量资料准确，钻孔定位正确，命中巷道的几率100％，灌注骨料先粗后细，动水条件下，可投注骨料30～50mm，静水条件下，可投注细砂，注骨料后期要反复捅孔，当吸水系数小于5～

81/min?m时，方可进行注浆。

徐州张集煤矿1997年2月18日矿井西-300水平21号煤层轨道下山发生陷落柱突水，最大突水量402 m³/min，从发现淋水到淹井仅10h。发生突水后，首先在轨道下山布置了3个透巷孔，注入骨料210 m³，在3个截流孔注入水泥4960t时，奥灰水水位持续上升，比副井水位高出19.5m，表明巷道截流已见成效，水流由“管道流”变为“渗透流”，副井可以开始引流注浆。引流注浆期间，又在3个截流孔注入水泥1629t，为了防止陷落柱内部奥灰水对煤系地层的影响，在陷落柱内部相当于奥灰顶界面附近建造“止水塞”，施工3个钻孔，共注入水泥2421t，本工程累计注入水泥9010t，堵水率100％，整个工期历时98d。 3.2建立“止水塞”技术

查清陷落柱的基本形态后，沿陷落柱的边缘钻进至一定深度后导斜进入陷落柱，在可采煤层之下一定

深度建造一定厚度的“止水塞”，切断奥灰水与煤系地层的水力联系。适用条件：突水构造基本确定，在巷道截流技术不能快速封堵成功的情况下，采取“止水塞”封堵方法。关键技术：首先要判断确定陷落柱的构造位置，再利用定向导斜技术，使钻孔的轨迹沿陷落柱的边缘钻进，到一定深度后再导斜进入陷落柱；定向导斜钻探技术的成功是决定堵水成功的关键。

皖北任楼煤矿1996年3月4日发生特大陷落柱突水，最大突水量达到576 m³/min，从发生滴淋水到淹井仅8.5h。淹井后，考虑到突水点附近巷道为煤巷，利用巷道截流后不能确保矿井排水后巷道截流的安全可靠性，为尽快恢复生产，制定了在陷落柱中建立“止水塞”快速切断水源的方案。“止水塞”的位置选在最下部可采煤层以下15～75m砂岩段，厚60m。沿陷落柱边缘施工的4个钻孔，从不同方向导斜进入陷落柱进行注浆，注入7600t水泥后，经计算60m“止水塞”附近的细小裂隙也起不到加固作用。为了对“止

水塞”进行加固，实施在副井引流排水，各注浆孔正常游资，并根据副井和长观孔的水位调节注浆量。引流注浆期间又注入水泥7432t，各注浆孔均达结束标准，副井水位已排至井底，堵水率达100％。本工程工施工探查孔5个，截流孔1个，注浆孔5个，检查加固孔2个，注料130 m³，注水泥15032t，实现了当年突水，当年治理，当年恢复生产。

3.3陷落柱“三段式”堵水技术

陷落柱突水后，在顶部留下空洞，并且在动水条件下，打钻先命中陷落柱顶部的空洞，充填骨料将动水流变为渗透流，再在陷落柱下部建立止水段和加固段，俗称“三段式”堵水技术。

1984年6月2日，开滦范各庄煤矿2171工作面发生特大陷落柱突水，最大突水量达2053 m³/min，全矿停产，同时造成吕家索和林西矿淹井，与其相邻