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【摘 要】本文结合部分矿区奥灰突水实例简要介绍了陷落柱特大型奥灰突水注浆封堵技术，根据矿区自身特点，选择合适的技术，科学制定系统的堵水方案，并且要对制定的方案进行论证和改进，以达到最佳的效果。
【关键词】陷落柱；奥灰突水；注浆封堵；巷道截流
1、引言
矿井一旦发生奥灰突水后，应立即进行注浆封堵，减少矿井排水电费，早日恢复被淹矿井，使矿井损失降低到最低限度。在治理之前，首先要分析突水水源，收集局部及区域资料，详细记录出水情况，核准测量资料，辅以物探手段查明富水区，分析出水水源、导水通道、出水点位置等，为治理方案提供基础资料；其次应结合实际制定治理方案，充分考虑“三软”围岩的特点，从钻探施工、骨料充填、水泥浆加固及堵水段形成后的水压影响等各个角度，分析可能出现的不利情况，科学制定系统的堵水方案，并且要对制定的方案进行论证和改进，在实施过程中针对出现的不同情况进行适当的调整，以达到最佳的效果。
2、陷落柱特大型奥灰突水注浆封堵技术研究
（1）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。
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2 053 m3/min，全矿停产，与其相邻的煤矿也受到地下水的严重威胁。经勘探查明，该陷落柱体积大，柱内水流速度快，顶部又有空洞，决定采用上部灌注骨料充填压实，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技术。首先对陷落柱顶部8～32 m高的空洞充填骨料30681 m3，通过充填骨料使得陷落柱中被水流冲动的破碎岩块在上部荷重加大的情况下，得到压实增加阻水能力；上部充填骨料完成之后，在12号煤层以下到唐山灰岩之间，该段高约100 m左右，这一段的注浆孔在400 m深处进入陷落柱，用下行法注浆到500 m左右；由于开始在动水条件下注浆，故从下部奥灰含水层部位进行充填骨料，以增加阻力，拦截水源，降低流速，为中段注浆堵水创造条件，并对中段的“堵水塞”起到支撑、防止松动坍塌破坏作用。本工程共打钻24 829 m，注人水泥62 900 t、砂子4 756 m3、石碴25 925 m，、水玻璃4 269 t、粉煤灰300 t，合计注入100 000 m3的充填物，堵水效果达到100%；
（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人陷落柱，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。采取“止水塞”封堵方法的适用条件为：突水构造基本确定，为巷道截流技术不能快速封堵成功，其关键技术为：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8.5 h。淹井后，考虑到突水点附近巷道为煤巷，利用巷道截流后“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15～75 m砂岩段，厚60 m。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”已基本形成，若继续加压注浆，浆液将大量流失，对“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，各注浆孔正常注浆，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7 432 t，各注浆孔均达结束标准，副井水位已排至井底，堵水率达100%。本工程共施工探查孔5个，截流孔1个，注浆孔5个，检查加固孔2个，注入骨料130 m3、水泥15 032t，实现了当年突水、当年治理、当年恢复生产。
（3）直接封堵技术
陷落柱的发育高度较低时，一般发育高度到奥灰上部的石炭纪地层，可直接从地面打钻命中陷落柱采用下行法直接注浆。
河南安阳铜冶矿1965年发生的陷落柱突水，最大突水量为23 m3/Min，造成全井淹没。突水后直接在陷落柱的上部打钻，命中陷落柱后，通过钻孔充填砂石形成砂垫后进行注浆加固。为了封堵陷落柱体内的形态多样和大小不一的空隙，通过不同位置的钻孔和同一钻孔的不同深度反复多次灌注砂石和水泥浆，共注入 砂石1622扩，注入水泥2454 t，堵水率达100%。这种注浆工艺适合于静水条件下岩溶陷落柱的导水通道注浆。
（4）巷道截流技术
当打钻命中巷道后，钻孔终孔孔径不小于110mm时，可采用巷道截流技术，打透巷道后先投注骨料，再注浆加压，最后引流注浆。巷道截流技术的适用条件为：巷道的测量资料准确，钻孔定位正确，命中巷道的几率为100%，灌注骨料先粗后细，动水条件下，可投注骨料30～50mm；靜水条件下，可投注细砂，注骨料后期要反复捅孔，当吸水系数小于5～8 L/min·m时，方可进行注浆。
徐州张集煤矿矿井西-33 m水平21号煤层轨道下山发生陷落柱突水，最大突水量为402 m3/min，从发现淋水到淹井仅有10 h。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个截流孔注人水泥4960 t时，奥灰水水位持续上升，比副井水位高出19.5 m，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2421 t，本工程累计注入水泥9010 t，堵水率达100%，整个工期历时98 d。
（5）返流注浆技术
陷落柱的突水在截流基本成功后，为了减少打钻的数量，加快堵水进程，在陷落柱构造范围不确定的情况下，可在截流堵水段与突水陷落柱之间打1～2个钻孔，通过下行法加压注浆返流加固陷落柱的空隙。
辉县市吴村煤矿32031工作面发生隐伏陷落柱突水，最大突水量为40 m3/min，突水后陷落柱冲出的岩石破碎物堵死了下副巷，突水从上副巷流入一水平。工程布置3个钻孔，其中，注1孔布设在工作面上安全口下侧3 m处，主要是打中棚架区进行骨料注浆，对上副巷进行截流，迅速降低水量，防止全井淹没，使水流由管道流变为渗透流；查1孔布设在上安全口下侧20 m处突1附近；查2孔布设在工作面下安全口上5m处突2附近。在注1孔截流成功后利用查1和查2孔进行了返流注浆，注1孔注骨料1 123 m3，注水泥307 t；查1孔注骨料100 m3后，突水点水量已减少了32 m3/min；查1孔和查2孔利用注1孔截流成功后分别返流注人水泥405 t和1 561 t，井下突水点封堵成功，堵水率达100％。工程累注骨料1535扩，累注水泥2 273 t，时间仅用70 d（扣除天气、工农关系、停电等因素影响），创造了显著的经济效益。
3、结论
陷落柱特大型奥灰突水注浆封堵技术比较成熟，根据矿区突水特点选择适合的治理技术，能够有效及时治理，节约成本。
参考文献：
[1]王玉钦；冀焕军；杨永利；煤矿井下动水注浆堵水实践[J]；煤炭科学技术；2007，02（2-3）。
[2]王永红；沈文；中国煤矿水害预防及治理[M].北京：煤炭工业出版社，1997。
[3]叶礼明；工作面注浆堵水施工技术[J]；矿山压力与顶板管理；2004，02（99-102）。
[4]尹尚先；虎维岳；采煤工作面底板突水灾害发生的采掘扰动力学机制 - 岩石力学与工程学报，2010，29（3346-3349）。
【关键词】陷落柱；奥灰突水；注浆封堵；巷道截流
1、引言
矿井一旦发生奥灰突水后，应立即进行注浆封堵，减少矿井排水电费，早日恢复被淹矿井，使矿井损失降低到最低限度。在治理之前，首先要分析突水水源，收集局部及区域资料，详细记录出水情况，核准测量资料，辅以物探手段查明富水区，分析出水水源、导水通道、出水点位置等，为治理方案提供基础资料；其次应结合实际制定治理方案，充分考虑“三软”围岩的特点，从钻探施工、骨料充填、水泥浆加固及堵水段形成后的水压影响等各个角度，分析可能出现的不利情况，科学制定系统的堵水方案，并且要对制定的方案进行论证和改进，在实施过程中针对出现的不同情况进行适当的调整，以达到最佳的效果。
2、陷落柱特大型奥灰突水注浆封堵技术研究
（1）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。
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2 053 m3/min，全矿停产，与其相邻的煤矿也受到地下水的严重威胁。经勘探查明，该陷落柱体积大，柱内水流速度快，顶部又有空洞，决定采用上部灌注骨料充填压实，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技术。首先对陷落柱顶部8～32 m高的空洞充填骨料30681 m3，通过充填骨料使得陷落柱中被水流冲动的破碎岩块在上部荷重加大的情况下，得到压实增加阻水能力；上部充填骨料完成之后，在12号煤层以下到唐山灰岩之间，该段高约100 m左右，这一段的注浆孔在400 m深处进入陷落柱，用下行法注浆到500 m左右；由于开始在动水条件下注浆，故从下部奥灰含水层部位进行充填骨料，以增加阻力，拦截水源，降低流速，为中段注浆堵水创造条件，并对中段的“堵水塞”起到支撑、防止松动坍塌破坏作用。本工程共打钻24 829 m，注人水泥62 900 t、砂子4 756 m3、石碴25 925 m，、水玻璃4 269 t、粉煤灰300 t，合计注入100 000 m3的充填物，堵水效果达到100%；
（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人陷落柱，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。采取“止水塞”封堵方法的适用条件为：突水构造基本确定，为巷道截流技术不能快速封堵成功，其关键技术为：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8.5 h。淹井后，考虑到突水点附近巷道为煤巷，利用巷道截流后“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15～75 m砂岩段，厚60 m。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”已基本形成，若继续加压注浆，浆液将大量流失，对“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，各注浆孔正常注浆，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7 432 t，各注浆孔均达结束标准，副井水位已排至井底，堵水率达100%。本工程共施工探查孔5个，截流孔1个，注浆孔5个，检查加固孔2个，注入骨料130 m3、水泥15 032t，实现了当年突水、当年治理、当年恢复生产。
（3）直接封堵技术
陷落柱的发育高度较低时，一般发育高度到奥灰上部的石炭纪地层，可直接从地面打钻命中陷落柱采用下行法直接注浆。
河南安阳铜冶矿1965年发生的陷落柱突水，最大突水量为23 m3/Min，造成全井淹没。突水后直接在陷落柱的上部打钻，命中陷落柱后，通过钻孔充填砂石形成砂垫后进行注浆加固。为了封堵陷落柱体内的形态多样和大小不一的空隙，通过不同位置的钻孔和同一钻孔的不同深度反复多次灌注砂石和水泥浆，共注入 砂石1622扩，注入水泥2454 t，堵水率达100%。这种注浆工艺适合于静水条件下岩溶陷落柱的导水通道注浆。
（4）巷道截流技术
当打钻命中巷道后，钻孔终孔孔径不小于110mm时，可采用巷道截流技术，打透巷道后先投注骨料，再注浆加压，最后引流注浆。巷道截流技术的适用条件为：巷道的测量资料准确，钻孔定位正确，命中巷道的几率为100%，灌注骨料先粗后细，动水条件下，可投注骨料30～50mm；靜水条件下，可投注细砂，注骨料后期要反复捅孔，当吸水系数小于5～8 L/min·m时，方可进行注浆。
徐州张集煤矿矿井西-33 m水平21号煤层轨道下山发生陷落柱突水，最大突水量为402 m3/min，从发现淋水到淹井仅有10 h。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个截流孔注人水泥4960 t时，奥灰水水位持续上升，比副井水位高出19.5 m，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2421 t，本工程累计注入水泥9010 t，堵水率达100%，整个工期历时98 d。
（5）返流注浆技术
陷落柱的突水在截流基本成功后，为了减少打钻的数量，加快堵水进程，在陷落柱构造范围不确定的情况下，可在截流堵水段与突水陷落柱之间打1～2个钻孔，通过下行法加压注浆返流加固陷落柱的空隙。
辉县市吴村煤矿32031工作面发生隐伏陷落柱突水，最大突水量为40 m3/min，突水后陷落柱冲出的岩石破碎物堵死了下副巷，突水从上副巷流入一水平。工程布置3个钻孔，其中，注1孔布设在工作面上安全口下侧3 m处，主要是打中棚架区进行骨料注浆，对上副巷进行截流，迅速降低水量，防止全井淹没，使水流由管道流变为渗透流；查1孔布设在上安全口下侧20 m处突1附近；查2孔布设在工作面下安全口上5m处突2附近。在注1孔截流成功后利用查1和查2孔进行了返流注浆，注1孔注骨料1 123 m3，注水泥307 t；查1孔注骨料100 m3后，突水点水量已减少了32 m3/min；查1孔和查2孔利用注1孔截流成功后分别返流注人水泥405 t和1 561 t，井下突水点封堵成功，堵水率达100％。工程累注骨料1535扩，累注水泥2 273 t，时间仅用70 d（扣除天气、工农关系、停电等因素影响），创造了显著的经济效益。
3、结论
陷落柱特大型奥灰突水注浆封堵技术比较成熟，根据矿区突水特点选择适合的治理技术，能够有效及时治理，节约成本。
参考文献：
[1]王玉钦；冀焕军；杨永利；煤矿井下动水注浆堵水实践[J]；煤炭科学技术；2007，02（2-3）。
[2]王永红；沈文；中国煤矿水害预防及治理[M].北京：煤炭工业出版社，1997。
[3]叶礼明；工作面注浆堵水施工技术[J]；矿山压力与顶板管理；2004，02（99-102）。
[4]尹尚先；虎维岳；采煤工作面底板突水灾害发生的采掘扰动力学机制 - 岩石力学与工程学报，2010，29（3346-3349）。