中煤科工董書寧團隊提出動水大通道突水災害治理關鍵技術

針對動水大通道及地面無法施工直孔的治理技術難題，董書寧團隊提出了採用定向分支斜鑽孔同時對過水巷道截流和突水通道堵源的治理方案，給出了骨料灌注關鍵技術和高壓注漿結束標準，推測了導水通道形態特徵。

礦井水害防治難點

礦井水害是礦山建設與生產過程中的五大安全災害之一，尤其是礦井突水常造成巨大的人員傷亡和財產損失。

突水災害治理工程常在礦井淹沒的條件下分期進行，一期是先封堵過水巷道，變動水為靜水，二期再對突水通道進行治理，徹底根除水患。

一期封堵過水巷道常有兩種方法，一是先期投放骨料及輔料充填過水巷道，將巷道內地下水流態由管道流變為滲透流，隨後進行注漿固結治理；二是先期定點投放在鑽孔控制注漿鑽具中充填了可快速凝膠漿液的保漿袋囊，快速縮小巷道過水斷面，隨後進行注漿固結治理。

一期封堵過水巷道兩種方法的注漿鑽孔常採用直孔，斜孔較為少見，特別是後一種鑽孔控制注漿技術目前還未在斜孔中應用過。

工程背景

潘二煤礦1989年建成投產，核定生產能力380 Mt/a，採用立井分區多水平開拓，劃分-530 m和-700 m兩個水平，目前集中在-530 m水平生產。

井田可採煤層10層，主采8、7-1、4-1、3、1煤層。礦井在-530 m水平設有中央排水系統和應急排水系統，額定排水能力分別為2 100 m3/h和550 m3/h，礦井總額定排水能力為2 650 m3/h。

2017年5月25日，12123上下底抽巷間聯絡巷(「12123聯絡巷」)掘進至109 m時，發生隱伏陷落柱特大突水，突水量最大峰值達14 000 m3/h，雖經全力組織搶險救災，但因突水量遠超礦井總額定排水能力，致使礦井-490 m標高以下迅速被淹。

為了降低經濟損失，確保-485 m標高以上井巷工程不被水淹，礦方需不間斷地持續排水，確保礦井水淹區域水位在-485 m以下，而突水點附近過水巷道底板標高為-480—-470 m，過水巷道完全裸露在礦井控制的水淹區域以上，注漿堵水只能在動水條件下進行，動水量在1 000 m3/h，如此的動水裸露大過水通道對最終的巷道截流接頂難度極大。

董書寧團隊提出的治理方案

關鍵技術一：

在分析礦井突水水文地質條件的基礎上，針對動水裸露大過水通道截流接頂難度極大的技術難點，提出了截流和堵源同時進行的治水方案，並給出了「堵水段長」預計和「堵源」層位選擇原則。

關鍵技術二：

針對截流巷道跨度小和堵源層位薄地面鑽孔難以準確擊中靶點的技術難點，提出了先進的地面測量定位技術和石油勘探系統定向分支鑽探技術，採用先進的螺桿鑽具定向和MWD無線隨鑽測斜糾偏鑽探工藝，確保鑽進方向始終處於受控狀態，施工的4個定向主孔和5個定向分支孔全部按照設計參數施工。

關鍵技術三：

在分析水力射流法灌注骨料進入鑽孔前後動力源的基礎上，針對射流流量和漏鬥上下口徑及高度不宜所帶來的工程危害難題，研發了適宜的水力射流骨料灌注關鍵技術。

關鍵技術四：

根據注漿封堵體的空間特徵和工程地質條件，確立了分序分段高壓注漿工藝，劃分了充填注漿、升壓注漿、加固注漿3個注漿階段，並給出了高壓注漿結束標準。

關鍵技術五：

根據鑽井液漏失量、岩屑錄井、鑽時錄井、壓水試驗及注漿量等指標特徵，結合淮南礦區陷落柱發育基本條件，推測潘二煤礦12123聯絡巷底板奧灰突水通道形態為非典型的隱伏陷落柱+裂隙帶複合結構，突水機理為奧灰岩溶水在水壓作用下穿過陷落柱及其裂隙帶上升至裂隙帶頂界突破岩層阻隔湧入巷道。

突水治理效果

對突水災害治理工程的效果進行科學地分析是確保工程質量的關鍵，是礦井在突水周邊區域恢復生產的依據。

目前檢查注漿堵水效果的技術方法主要有物探、鑽探、放水試驗、注漿特徵分析、殘餘涌水量及突水含水層水位恢復情況分析等方法．

因現場施工條件所限，研究人員採取的分析方法有鑽探、注漿特徵分析、殘餘涌水量及奧灰水位恢復情況分析。

注漿堵水結果表明：突水點殘餘涌水量為0，奧灰水位恢復良好，堵水率100%；堵源分支鑽孔單位吸水率均小於0.1 Lu，堵源效果良好，徹底切斷了奧灰水與突水點之間的水力聯繫。

End

來源：楊志斌，董書寧.動水大通道突水災害治理關鍵技術[J]煤炭科學技術，2018，46(4)：110-116．

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