建井院庆8——开滦矿务局特大透水灾害的治理

发布时间:2018-04-14

事故背景

1984年6月2日，开滦范各庄矿突然发生了一场举世罕见的特大突水。突水点位于该矿二水平南一采区2171综采工作面。突水构造是隐伏于该采面煤体中央，直径为47～67 m的椭园形奥灰岩溶陷落柱。柱的上部有8.72～32.12m垂高不等的空洞，体积为3.9万m³。往下直到奥灰顶界面为松散而大小不等的岩块充填物，体积为86.1万m³。奥灰水是通过陷落柱进入煤系地层，由风道突出的，导水性极强。突水高峰期675 分钟内的平均突水量为2 053 m³/min，水的突出是溃入式的。突水后奥灰水位急剧下降，东矿区绝大部分奥灰供水井都失去了供水能力。在奥灰露头上方的地表，相继出现了17个直径3～23.5 m、深0.5～12 m的岩溶坍陷坑。水灾严重地影响了东矿区几十万人民的生产和生活。

6月4日，建井所领导接到煤炭部的通知后，指示注浆室立即组织人员赶赴开滦，当晚赶到开滦吕家坨矿，在治水复矿指挥部的统一领导下，立即与开滦职工一起投入了治水复矿的战斗。6月6日，当范矿淹井水位上升到-156m时，由于水压的升高，突破了范矿与吕矿的边界煤柱，水涌入吕家坨矿，其最大过水量为388.8m³/min，很快吕家坨矿也被淹了。6月12日，在吕矿淹井水位上升到-334m时，在吕矿、林西矿边界煤柱也发现了渗水，其渗水量为4 m³/min；当吕矿水位上升到-207.47 m时，其渗水量增加到17m³/min，因而林西矿也被迫全矿停产。由于与林西矿相毗邻的赵各庄矿和唐家庄矿之间没有完整的隔水煤柱，致使年产煤1315万吨的整个东矿区处于危急之中，灾情十分严重。

突水灾害发生后，国务院、煤炭部领导都非常重视，多次亲临现场视察，并作了重要指示"必须确保林西矿，根治水患，早日恢复生产。"为加快治水进度，请来全国大水矿井的治水专家进行座谈;并在七、八月份两次请来匈牙利矿山开发中心的治水专家。匈牙利治水专家指出:这是世界上最大的矿山突水，在动水条件下注浆堵水难度极大。认为范、吕边界的堵水只有30%的成功希望。建议引进匈方的技术专利和大型造浆、注浆治水设备。预计要用6～8个月才能基本堵住突水，堵水效果约为60%～70%。由于多种原因没能采用匈方建议，我们立足于自己的技术力量和设备，在施工中不断研究改进注浆工艺，创造新的动水注浆方法，不断补充和完善治水方案，最终治水取得成功。

治水方案

针对范各庄矿这次突水的水量大、水压高、影响面大的特点，采取了"排、截、堵"综合治水方针。排:就是为延缓迅猛上涨的水势，在范矿、吕矿的井筒内，抢安了20台大型潜水泵，总排水能力17130m³/min，控制范、吕两矿的水位，为保住林西矿和进行注浆堵水赢得时间。截:就是为保住林西矿，在吕、林边界煤柱一侧打孔注浆，加固煤柱和封堵边受采煤影响的导水裂隙带;并在林西矿抢建必要的水闸墙。堵:就是对范矿2171工作面突水点和范、吕边界三条过水巷道，进行打钻注浆封堵。全体抗灾治水人员，在治水复矿指挥部的统一领导下，积极投人了紧张有序的治水复矿工作。建井所注浆室参加治水的人，是在范矿2171工作面出水点和范、吕边界工地进行堵水战斗。

三条关键巷道的墙水施工

范各庄矿的水是通过三条巷道(主运输道、12煤层导洞和总回风巷)经过轨道上山和二中石门涌入吕家坨矿的。最大过水量是388.8 m³/min。当时为确保林西矿，尽快恢复吕矿，主要为范矿2171工作面突水点的封堵施工创造条件。治水复矿指挥部把封堵范、吕边界三条巷道，列为整个治水工程的重中之重。经过对上述三条巷道的具体分析，注浆封堵巷道的技术难点有：一是打注浆钻孔透巷的命中率要高，因巷道距地表较深(主运道埋深334.2 m，12煤层导洞埋深315 m），要求测量准确，钻孔垂直度高;二是对巷道灌注骨料截流封顶板极为困难;三是巷道水的流速大，对如何控制浆液流失不好掌握；四是如何把12煤层导洞加固好。针对上述技术关键，我们在主导思想上是先注骨料、后注浆加固。但是，由于水量很大、水压高，堵这样大的涌水没有现成的经验，因而治水方案需要逐步修改补充，是不断完善的发展过程。

初步治水方案是根据浆液固结体的强度和水的压力，确定了需要封堵加固的巷道长度，根据水的流速、骨料粒度和沉降速度等，设计布置了三条巷道的钻孔，并提出了材料规格、数量等。在施工过程中，虽然采用了多种骨料，但未能封顶，因此不具备注浆条件。于是就把原方案改为按过水巷的具体条件，合理划分为阻力段、堵水段和加固段的“三段式”注浆堵水法。“三段式”堵水法的技术组成有:堵水段、加固段长度的设计，建立阻水必备条件分析和依据，钻孔的合理布设，打钻透巷的技术要求，骨料的选择及其大规模快速灌注的工艺流程和设备。为使巷道封顶，采用了几项具有独创性的补充措施：小径下大水泥包，深孔爆破，速凝早强水泥浆的配制和大规模多孔联合注浆的工艺、设备和技术措施，新型止浆塞的使用技术等。范、吕边界三条巷道的堵水工程于1984年6月6日晚提出初步治水方案，6月11第一台钻机开始钻进，到12月7日最后一个注浆孔结束，历时183天，共施工钻孔40个，总进尺9729.75 m;注入细砂5.83万m³ 石碴2.12万m³  水泥0.911万吨，水玻璃90.15 m³  还有体积为2～7 m³的水泥包29个，深孔爆破12次。堵水效果经实测，范、吕边界过水量已减少到0.8 m³/min，堵水率在99.6%以上。

图1开滦堵大水

2171工作面突水点的治理

要治理突水，首先要搞清突水点的水文地质条件。因此，必须边勘探、边治理，不断修改治水方案，使之符合客观实际。其次是在如此特大涌水量的动水条件下如何注浆堵水？由于在国内外均无经验可循，必须从治水中不断进行研究、分析和试验，不断总结提高。经过一段时间的实践，在治水过程中形成了一套较完整的治水方法。

经过勘探了解了导水陷落柱的形态和水流通道的情况，制定了陷落柱上部空洞灌注骨料充填压实，中部注浆堵截通道，下部充填灌注拦截水源的"三段式"综合治水方案。自落柱顶部空洞进行骨料充填、压实，以增加水的流动阻力.在中部注入速凝浆液，使之在陷落柱中形成一个强度较高的“堵水塞”，阻止上涌的水流。该堵水段高约100 m左右，下部进行充填灌注拦截水源，降低流速，为中段堵水创造条件，并对中段“堵水塞”起到支撑作用，以防止其松动掉落而破坏。经过上述治水方案的实施，加快了治水进度，成功地堵住了世界上罕见的特大矿井涌水。

开滦特大突水治理的成功，表明了"三段式"综合治水方案符合客观堵水规律，与匈牙利专家组提出的专利方案相比，无论从时间上，经济上，还是从效果上都有明显的优越性。通过堵水方案的实施，形成了一套较完整的特大突水治理的技术方法。主要是:

1.钻探工艺方面的防斜、导斜及在陷落柱破碎陷落的岩块中的造孔技术；

2.在注浆材料、工艺方面的大流量水力灌砂系统和砂、碴水力自重灌注法，水泥、水玻璃加稠浆，水泥、粉煤灰、水玻璃加稠浆及其大浆量注浆系统，多孔大流量联合注浆系统，引流诱导法注浆工艺，散装水泥、水泥、粉煤灰射流造浆系统;水泥砂浆自重灌注系统等。

3.在水文地质与治水效果分析计算方面，在地下水动态和钻孔跑浆的监测方面，都取得了可喜的成果。

上述技术成果不仅对开滦特大突水的治理发挥了作用，也对今后矿山治理水害提供了可贵的技术经验。它丰富了矿山治水技术宝库，在治水技术上具有世界先进水平。开滦范各庄煤矿2171工作面陷落柱突水的综合治理，不仅取得了世界矿山治水史上所没有的技术成果，而且获得的直接经济效益约有20.9亿元，该项目还荣获了1985年国家科技进步一等奖。

原建井研究所注浆室主任马振亚 1997年

马振亚，男，1930年2月出生，清华大学工程化学系高分子工学专业毕业。1978年至1986年任注浆研究室主任。获全国科学大会奖1项，国家科技进步一等奖1项，部级科技进步一等奖1项、三等奖3项。1992年享受国务院政府特殊津贴。

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