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摘 要：斜井在掘进过程中，未配备先进的水文地质探测设备，易误揭地下暗河。在排水系统不完善情况下，造成淹井事故、影响工程进度等。详细的地质资料与实地踏勘结合，制定的斜井迎水注浆方案，该技术的应用，避免了事故进一步扩大，有效的治理了矿井水害。
关键词：斜井掘进，迎水注浆，地下暗河，矿井水害
一 工程概述
1、工程施工概况
副斜井井筒断面设计为半圆拱形，井筒设计长度845米，倾角-23°净宽4.6m，净高3.7m，净断面积14.69，掘进断面积16.49，采用锚网喷支护。现已施工至782.2m，距离落底还有62.8m，工作面标高+1624.5m。
2、透水经过
7月26日凌晨，副斜井掘进工作面发生突水事故。突水点主要在工作面及工作面退后5米范围内，首先突水是从底板开始。刚发生突水时，涌水量达到180m3/h；在突水2小时后，涌水量为140m3/h；在突水发生10小时后涌水量为120m3/h，并一直保持该数值。由于工作面排水准备不足，发生突水后造成副斜井井筒被淹90米。突水时，出水点伴有气体喷出，造成工作面较大雾气，工作面瓦斯浓度0.2%。
7月30日午时，工作面积水排完，仅余工作面退后3米处、巷道右帮底角一个出水点。工作面退后1米右帮可见一小断层。底板积水处有气泡现象，工作面瓦斯浓度为0.1%，另外还有硫化氢的臭鸡蛋气味。
二 水文地质概况
1、地表水
工作区6-9月份为雨季，全年降水量152.2毫米，年蒸发量2105.4毫米。
艾维尔够呈一狭长谷地，地形西高东低，沟二边区常年积雪及大气降水是工作矿区补给水源，艾维尔沟河是工作区的常年性河流，全长70公里，汇水面积375平方公里，河水动态变化较大，5月到12月气温升高，冰雪融化增加促进使地表水增加。
2、地下水
地下水的变化受地表水的控制，但要滞后一段时间。工作区含水层可分为第四系松散岩土透水含水层、下侏罗统八道湾组含煤岩系含水层、构造破碎带断裂含水带。
①第四系松散岩土类强含水层：富水性较强，和艾维尔沟地表水有水力联系而获得补给能力较强，主要分布在河床及河流两岸和支沟内，含水层主要为Q4的冲积层。由砂砾石及卵石、漂石组成，厚度10到20米不等，渗透性能各处不一，为主要水患。
②下侏罗统八道湾组含煤岩系含水层：含煤12层，1930改扩建工程只针对1到6号煤层，此次副斜井工作面揭露岩石为3号—4号煤层间的中砂岩。现工作面岩石裂隙发育，揭露断层。
③构造破碎带断裂含水带，目前工作面退后一米右帮揭露断层，并夹有断层泥，断层走向与井筒夹角近80°。
④根据地质资料调查，本工作区周围200米范围内不存在溶岩水和老窑采空区。
⑤目前工作面出水点在距迎头退后三米位置右帮底部。出水口位于砂岩裂隙，裂隙宽度约5厘米。
3、涌水分析
①根据地质资料分析，此次副斜井突水基本排除老窑积水、溶岩水、大断层水的可能。
②根据水文观测记录，在副斜井工作面西北方向830m处，为生产矿井+1802水平猴车道，此巷道比副斜井工作作面标高高177m，在副斜井工作面出水之前，始终有10m3/h左右的涌水，顶板有明显淋水水柱。副斜井突水后，该巷道淋水逐渐减小，至7月31日已基本没有淋水。
③综合述分析，初步判断副斜井工作面涌水主要为4号煤层顶板粗砂岩的裂隙水，4号煤在地面露头处于河床附近，从露头处涌水得到补给。
三 迎水注浆治水技术
1、注浆施工方案
首先在工作面出水点，及工作面向后10米范围内进行壁后注浆，堵水加固。
①壁后注浆对工作面迎头、顶、帮、底板进行加固，加固后的围岩用做止浆岩柱，防止注浆时岩壁跑浆。
②在工作面右帮底角集中出水点，埋设疏水管，在壁后注浆完成后，利用疏水管进行顶水高压注浆。
③巷壁发生跑浆时，及时采用双液浆进行加固封堵。
④工作面进行预注浆，布置6个钻孔，其5个钻孔呈放射状包围井筒，一个在井筒中心位置，用作检查孔。注浆深度设计为80m。
⑤钻孔采用ZJL-400钻机，注浆采用 YZB-170/19-22Kw液压双液型注浆泵。2、注浆设计
⑴壁后注浆
①布孔方式：工作面退后10m范围内，在无淋水的位置，以间排距1.5m进行全断面三花布孔。出水点附近进行密集布孔，视出水情况，钻孔间排距在200～500mm之间调整。共计钻孔约110个。
②钻孔尺寸：采用风锤钻孔，钻孔直径φ42mm。钻孔深度3m。
③花管（注浆管）：花管选用1寸半无缝钢管，即外径为φ40mm无缝钢管。注浆管长度为1.5m。注浆管埋入深度1.4m，在注浆管其前段1m段内，每5cm均匀布置三个φ10mm的孔，以利于浆液扩散。花管外端焊接一个变节，引出50mm长的6分无缝钢管，6分钢管上安装高压阀门，用以注浆完成后封闭注浆管。
④注浆压力：设计注浆终孔压力5MP。注浆时视跑浆情况，可适当调整注浆压力。
⑤疏水：工作面退后3m处，有一集中出水点，由于涌水量达到65m3/h，无法进行顶水注浆，需进行疏水。在出水位置人工风镐掏出一深度在1.5m的壁窝，埋设一根1.5m的φ159mm钢管。并打设两根锚杆，以固定、拉紧疏水管。疏水管外端焊接一100kgf/cm2的高压法兰盘。疏水管前端200mm段内，以50mm间距均匀打设φ16mm的疏水孔。疏水管采用喷射混凝土埋设，埋设后外露长度100mm。
⑥壁后注浆完成后，利用疏水管进行注浆，初注完成后，需扫孔进行复注，扫孔直径为65mm，疏水管注浆按本次工作面预注浆参数进行施工。 ⑦浆液的选择：采用42.5R普通硅酸盐水泥、40波美度的商品水玻璃双液浆， 水泥浆水灰比0.8：1，水泥浆与水玻璃体积比为1：1。
⑵工作面预注浆
①布孔方式：由于巷道掘进方向与裂隙面斜交，裂隙分布不均匀，并且目前工作面揭露一小断层，涌水受构造裂隙影响，另外前方地质条件不明，无法完全判断涌水通道，为保证副井工作面至落底段的施工安全。因而采用放射状巷道孔布置。终孔位置超出巷道荒断面轮廓线3米左右。
②钻孔数量：工作面现有出水点，均为裂隙出水，并且出水集中，出水量较大。表明裂隙导水性好，裂隙较大。根据现场观察出水处裂隙大于20mm，另外工作面还存在一断层带，有利于浆液扩散，因而本次预注浆布置6个钻孔。
③钻机与注浆泵的选用：钻孔选用ZJL-400钻机，配Φ42mm×800mm钻杆钻进。钻头选用φ65mm与φ113mm两种，分别用以注浆钻孔与孔口段钻孔的钻进。
④孔口管的选择：孔口管采用Ф108×4mm无缝钢管加工，加工长度3.0m。钢管中部电焊麻点。防止钢管在孔内滑动，钢管上部焊高压法兰盘。其中埋设2.8m，外露200mm。
⑤浆液选择与造浆：水泥浆浆液浓度为2：1、1.5：1、1：1和0.8：1，根据压水试验选择浆液初注浓度。选用40波美度的商品水玻璃。水泥造浆先在搅拌池内加入定量清水，再按照配合比掺入水泥，进行搅拌，将初步搅拌好的水泥浆放入二次搅拌池内进行搅拌。初注为单液水泥浆，每个孔注浆水泥浆的浓度先稀后浓度。设专人详细记录注浆泵压力、工作面压力、流量等数据，正常吸浆量为吸水量的80%为正常，根据实测注浆压力和吸浆量调整浆液浓度。复注时添加30～45%的水玻璃，吸浆量过大或跑浆时，增大浆液浓度的同时，可注入水泥、水玻璃双浆液，浓度为1：0.6～1：1。
⑥注浆终压
取P=2.5Pz=2.5×3=7.5Mpa
P-结束注浆时受注点最大压力，Mpa
Pz-静水压力，Mpa
目前工作面涌水不具备测压条件，在壁后注浆完成后，对注浆孔的静水压力进行实测，根实测静水压力确定终孔压力。本设计暂按工作面出水点与地表水或甲方采空区存在联系，静水压力取3Mpa计算。
⑦浆液扩散半径：于工作面存在断层破碎带，并且出水处裂隙大于20mm，注浆为高压注浆，根据以往经验，浆液扩散半径取25m。断层带长度取20m，其余段依据资料所述，4号煤层下伏两层岩层均为内生裂隙或节理极发育，呈破碎与极破碎状，钻孔取芯率分别为RQD=79.8与RQD=37。因而过断层带后浆液扩散半径取10m。
⑧扩散半径验算：
R=（2～3）L，式中：L=（120～150）r
R式中取2L，L式取120r
L=120×18=2160mm
R=4320mm
R-浆液有效扩散半径mm
L-爆破裂隙长度mm
R-药包半径
在注浆完成后的掘进施工中，实际扩散半径能够满足爆破施工的要求。
⑨止浆垫厚度
采用预留止浆岩柱法，依据计算公式
B=PSλ/[τ]ι=6×14.7×1.2/1.5×14.6=4.8m
B——止浆岩柱厚度
P——注浆终压MPa
S——岩柱断面积m
λ——过载系数，取1.2
[τ]——岩柱允许抗剪强度MPa，（围岩经双液浆加固，因而取1.5MPa）
ι——巷道周边长度
本次止浆垫主用采用对巷道围岩注浆加固，根据注浆长度及浆液扩散半径，止浆垫能够满足要求。为保证注浆效果，在预注浆前，需进行止浆垫效果检验。检验方法采用关闭疏水管，以及在注浆前进行压水试验，无跑水现象方准进行注浆。否则需对跑水处进行壁后注浆堵水、加固。
⑩注浆量
单个钻孔注浆量
Q钻=aπR2Hηβ/m
=（1.2×3.14×142×70×0.03×0.85）/0.67=1968m3
a——损失系数1.2
R——扩散半径取断层带25m，其余段10m，平均取14m。
H——注浆段长度70m
η——岩石裂隙率3%
Β——注浆有效充填系数0.85
m——结石率0.67
Q总=nQ钻=6×1968=11808m3
本次注浆共需水泥约4000t，40波美度的商品水玻璃400t。
四 效果验证
迎水注浆方案实施后，副斜井工作面突水得到控制，突水点的涌水量由原180m3/h下降至低于5m3/h，保证了掘进面的正常施工和井筒安全。
五 结束语
通过迎水注浆堵水的尝试，对下行掘进揭露地下暗河治理方法起到了实际意义，并简化了工作面抽排水程序，减少了泵水设备投入，达到了安全生产目标。
作者简介：
税醒（1985.1），男，汉族，本科，助理工程师，现任新疆焦煤集团1930煤矿生产技术部专业工程师，从事工程管理及采掘技术管理工作。
关键词：斜井掘进，迎水注浆，地下暗河，矿井水害
一 工程概述
1、工程施工概况
副斜井井筒断面设计为半圆拱形，井筒设计长度845米，倾角-23°净宽4.6m，净高3.7m，净断面积14.69，掘进断面积16.49，采用锚网喷支护。现已施工至782.2m，距离落底还有62.8m，工作面标高+1624.5m。
2、透水经过
7月26日凌晨，副斜井掘进工作面发生突水事故。突水点主要在工作面及工作面退后5米范围内，首先突水是从底板开始。刚发生突水时，涌水量达到180m3/h；在突水2小时后，涌水量为140m3/h；在突水发生10小时后涌水量为120m3/h，并一直保持该数值。由于工作面排水准备不足，发生突水后造成副斜井井筒被淹90米。突水时，出水点伴有气体喷出，造成工作面较大雾气，工作面瓦斯浓度0.2%。
7月30日午时，工作面积水排完，仅余工作面退后3米处、巷道右帮底角一个出水点。工作面退后1米右帮可见一小断层。底板积水处有气泡现象，工作面瓦斯浓度为0.1%，另外还有硫化氢的臭鸡蛋气味。
二 水文地质概况
1、地表水
工作区6-9月份为雨季，全年降水量152.2毫米，年蒸发量2105.4毫米。
艾维尔够呈一狭长谷地，地形西高东低，沟二边区常年积雪及大气降水是工作矿区补给水源，艾维尔沟河是工作区的常年性河流，全长70公里，汇水面积375平方公里，河水动态变化较大，5月到12月气温升高，冰雪融化增加促进使地表水增加。
2、地下水
地下水的变化受地表水的控制，但要滞后一段时间。工作区含水层可分为第四系松散岩土透水含水层、下侏罗统八道湾组含煤岩系含水层、构造破碎带断裂含水带。
①第四系松散岩土类强含水层：富水性较强，和艾维尔沟地表水有水力联系而获得补给能力较强，主要分布在河床及河流两岸和支沟内，含水层主要为Q4的冲积层。由砂砾石及卵石、漂石组成，厚度10到20米不等，渗透性能各处不一，为主要水患。
②下侏罗统八道湾组含煤岩系含水层：含煤12层，1930改扩建工程只针对1到6号煤层，此次副斜井工作面揭露岩石为3号—4号煤层间的中砂岩。现工作面岩石裂隙发育，揭露断层。
③构造破碎带断裂含水带，目前工作面退后一米右帮揭露断层，并夹有断层泥，断层走向与井筒夹角近80°。
④根据地质资料调查，本工作区周围200米范围内不存在溶岩水和老窑采空区。
⑤目前工作面出水点在距迎头退后三米位置右帮底部。出水口位于砂岩裂隙，裂隙宽度约5厘米。
3、涌水分析
①根据地质资料分析，此次副斜井突水基本排除老窑积水、溶岩水、大断层水的可能。
②根据水文观测记录，在副斜井工作面西北方向830m处，为生产矿井+1802水平猴车道，此巷道比副斜井工作作面标高高177m，在副斜井工作面出水之前，始终有10m3/h左右的涌水，顶板有明显淋水水柱。副斜井突水后，该巷道淋水逐渐减小，至7月31日已基本没有淋水。
③综合述分析，初步判断副斜井工作面涌水主要为4号煤层顶板粗砂岩的裂隙水，4号煤在地面露头处于河床附近，从露头处涌水得到补给。
三 迎水注浆治水技术
1、注浆施工方案
首先在工作面出水点，及工作面向后10米范围内进行壁后注浆，堵水加固。
①壁后注浆对工作面迎头、顶、帮、底板进行加固，加固后的围岩用做止浆岩柱，防止注浆时岩壁跑浆。
②在工作面右帮底角集中出水点，埋设疏水管，在壁后注浆完成后，利用疏水管进行顶水高压注浆。
③巷壁发生跑浆时，及时采用双液浆进行加固封堵。
④工作面进行预注浆，布置6个钻孔，其5个钻孔呈放射状包围井筒，一个在井筒中心位置，用作检查孔。注浆深度设计为80m。
⑤钻孔采用ZJL-400钻机，注浆采用 YZB-170/19-22Kw液压双液型注浆泵。2、注浆设计
⑴壁后注浆
①布孔方式：工作面退后10m范围内，在无淋水的位置，以间排距1.5m进行全断面三花布孔。出水点附近进行密集布孔，视出水情况，钻孔间排距在200～500mm之间调整。共计钻孔约110个。
②钻孔尺寸：采用风锤钻孔，钻孔直径φ42mm。钻孔深度3m。
③花管（注浆管）：花管选用1寸半无缝钢管，即外径为φ40mm无缝钢管。注浆管长度为1.5m。注浆管埋入深度1.4m，在注浆管其前段1m段内，每5cm均匀布置三个φ10mm的孔，以利于浆液扩散。花管外端焊接一个变节，引出50mm长的6分无缝钢管，6分钢管上安装高压阀门，用以注浆完成后封闭注浆管。
④注浆压力：设计注浆终孔压力5MP。注浆时视跑浆情况，可适当调整注浆压力。
⑤疏水：工作面退后3m处，有一集中出水点，由于涌水量达到65m3/h，无法进行顶水注浆，需进行疏水。在出水位置人工风镐掏出一深度在1.5m的壁窝，埋设一根1.5m的φ159mm钢管。并打设两根锚杆，以固定、拉紧疏水管。疏水管外端焊接一100kgf/cm2的高压法兰盘。疏水管前端200mm段内，以50mm间距均匀打设φ16mm的疏水孔。疏水管采用喷射混凝土埋设，埋设后外露长度100mm。
⑥壁后注浆完成后，利用疏水管进行注浆，初注完成后，需扫孔进行复注，扫孔直径为65mm，疏水管注浆按本次工作面预注浆参数进行施工。 ⑦浆液的选择：采用42.5R普通硅酸盐水泥、40波美度的商品水玻璃双液浆， 水泥浆水灰比0.8：1，水泥浆与水玻璃体积比为1：1。
⑵工作面预注浆
①布孔方式：由于巷道掘进方向与裂隙面斜交，裂隙分布不均匀，并且目前工作面揭露一小断层，涌水受构造裂隙影响，另外前方地质条件不明，无法完全判断涌水通道，为保证副井工作面至落底段的施工安全。因而采用放射状巷道孔布置。终孔位置超出巷道荒断面轮廓线3米左右。
②钻孔数量：工作面现有出水点，均为裂隙出水，并且出水集中，出水量较大。表明裂隙导水性好，裂隙较大。根据现场观察出水处裂隙大于20mm，另外工作面还存在一断层带，有利于浆液扩散，因而本次预注浆布置6个钻孔。
③钻机与注浆泵的选用：钻孔选用ZJL-400钻机，配Φ42mm×800mm钻杆钻进。钻头选用φ65mm与φ113mm两种，分别用以注浆钻孔与孔口段钻孔的钻进。
④孔口管的选择：孔口管采用Ф108×4mm无缝钢管加工，加工长度3.0m。钢管中部电焊麻点。防止钢管在孔内滑动，钢管上部焊高压法兰盘。其中埋设2.8m，外露200mm。
⑤浆液选择与造浆：水泥浆浆液浓度为2：1、1.5：1、1：1和0.8：1，根据压水试验选择浆液初注浓度。选用40波美度的商品水玻璃。水泥造浆先在搅拌池内加入定量清水，再按照配合比掺入水泥，进行搅拌，将初步搅拌好的水泥浆放入二次搅拌池内进行搅拌。初注为单液水泥浆，每个孔注浆水泥浆的浓度先稀后浓度。设专人详细记录注浆泵压力、工作面压力、流量等数据，正常吸浆量为吸水量的80%为正常，根据实测注浆压力和吸浆量调整浆液浓度。复注时添加30～45%的水玻璃，吸浆量过大或跑浆时，增大浆液浓度的同时，可注入水泥、水玻璃双浆液，浓度为1：0.6～1：1。
⑥注浆终压
取P=2.5Pz=2.5×3=7.5Mpa
P-结束注浆时受注点最大压力，Mpa
Pz-静水压力，Mpa
目前工作面涌水不具备测压条件，在壁后注浆完成后，对注浆孔的静水压力进行实测，根实测静水压力确定终孔压力。本设计暂按工作面出水点与地表水或甲方采空区存在联系，静水压力取3Mpa计算。
⑦浆液扩散半径：于工作面存在断层破碎带，并且出水处裂隙大于20mm，注浆为高压注浆，根据以往经验，浆液扩散半径取25m。断层带长度取20m，其余段依据资料所述，4号煤层下伏两层岩层均为内生裂隙或节理极发育，呈破碎与极破碎状，钻孔取芯率分别为RQD=79.8与RQD=37。因而过断层带后浆液扩散半径取10m。
⑧扩散半径验算：
R=（2～3）L，式中：L=（120～150）r
R式中取2L，L式取120r
L=120×18=2160mm
R=4320mm
R-浆液有效扩散半径mm
L-爆破裂隙长度mm
R-药包半径
在注浆完成后的掘进施工中，实际扩散半径能够满足爆破施工的要求。
⑨止浆垫厚度
采用预留止浆岩柱法，依据计算公式
B=PSλ/[τ]ι=6×14.7×1.2/1.5×14.6=4.8m
B——止浆岩柱厚度
P——注浆终压MPa
S——岩柱断面积m
λ——过载系数，取1.2
[τ]——岩柱允许抗剪强度MPa，（围岩经双液浆加固，因而取1.5MPa）
ι——巷道周边长度
本次止浆垫主用采用对巷道围岩注浆加固，根据注浆长度及浆液扩散半径，止浆垫能够满足要求。为保证注浆效果，在预注浆前，需进行止浆垫效果检验。检验方法采用关闭疏水管，以及在注浆前进行压水试验，无跑水现象方准进行注浆。否则需对跑水处进行壁后注浆堵水、加固。
⑩注浆量
单个钻孔注浆量
Q钻=aπR2Hηβ/m
=（1.2×3.14×142×70×0.03×0.85）/0.67=1968m3
a——损失系数1.2
R——扩散半径取断层带25m，其余段10m，平均取14m。
H——注浆段长度70m
η——岩石裂隙率3%
Β——注浆有效充填系数0.85
m——结石率0.67
Q总=nQ钻=6×1968=11808m3
本次注浆共需水泥约4000t，40波美度的商品水玻璃400t。
四 效果验证
迎水注浆方案实施后，副斜井工作面突水得到控制，突水点的涌水量由原180m3/h下降至低于5m3/h，保证了掘进面的正常施工和井筒安全。
五 结束语
通过迎水注浆堵水的尝试，对下行掘进揭露地下暗河治理方法起到了实际意义，并简化了工作面抽排水程序，减少了泵水设备投入，达到了安全生产目标。
作者简介：
税醒（1985.1），男，汉族，本科，助理工程师，现任新疆焦煤集团1930煤矿生产技术部专业工程师，从事工程管理及采掘技术管理工作。