矿区从1956年首先从治理夏家林被淹井开始了注浆堵水的研究和实践。注浆堵水遇到的第一个问题就是先在地面打钻注浆堵水,还是先将水排至井底在井下堵水。为了选择合理的堵水方案,认真分析了“先堵后排”的条件和可能性,也分析了先排水到井下找到出水点进行堵水的“先排后堵”的条件和可能性。通过对夏家林进行试排水证明,“先排后堵”存在以下不利条件:
1)愈向下排,水量愈大。据排水试验所取得的3个降深的稳定水量推算到+84水平的出水点水量至少23.6m3/min。两个断面很小的立井,特别是立井底通向出水点的两条下山无法安装、移动这样大能力的排水设备。
2)设备和供电稍一发生故障,涌水立即上涨,能迅速淹没设备,很不安全。
3)试排水证实,夏家林井降低水位,附近的秋谷泉群流量立即变小,而这些奥灰泉水是当地居民生活、生产的主要水源,若先排后堵就得解决复杂的供水问题。
4)先排后堵既要排静储量又要排动储量,时间长、排水负担重,电力资金消耗很大。
5)愈向下排,水压差愈大,水的冲刷力愈大,隐伏着第二次突水的危险性。
研究比较的结果确定选用了“先堵后排”的方案。
本次堵水工程1956年9月动工,1956年12月17日结束,共打地面孔22个,总进尺2967.38m,共注入水泥496.1t,粘土62.4t。其中:17号、16号,特别是3号孔是本次注浆的关键孔;17号孔注水泥118.8t,因注浆管堵塞而失去了进一步注浆的机会;16号孔注水泥37.3t,也因上述原因停止注浆;3号孔在10-2煤底层9.03m见断层碎带宽2.63m,对其注浆时曾发现与该孔相距8m孔深145m的19号孔及相距20m孔深147m的7号孔冒浆至孔口,表明沿断层带走向跑浆距离至少大于8m。本孔注入水泥339.6t,粘土49t,在该孔注浆过程中就发现井筒水位自动下降,从1956年11月4日至12月17日共下降39.97m,其中11月22日1d下降5.5m。分析认为:这是注浆后切断了奥灰水源,而水淹区周围又是新博一井的生产采区,其积水向生产采区渗漏所致,证明堵水成功。结束注浆后仅用40d的时间便将被淹23年之久的夏家林井恢复了生产,剩余涌水量仅0.125m3/min,小于被淹前的原有涌水量0.24m3/min,堵水效果100%。
夏家林注浆堵水的成功,极大地提高了矿区与地下水作斗争的信心。在此基础上,又先后根据不同的条件进行了各种不同形式的注浆堵水工程。这些堵水工程不仅取得了很大的经济效益,而且取得了一系列经验教训,丰富了注浆堵水的知识,使注浆堵水成为矿区防治水的一个重要手段。矿区主要的注浆堵水工程有以下几次:
1)1958年8月5日至1960年3月1日,对双山东四突水区进行注浆堵水。该工程在地面共打钻15个,工程量5419.68m,用11个孔进行了15次注浆,共注入水泥2712.36t。经1960年9月25日至1961年7月3日实际排水看,出水点剩余水量5.56m3/min,按堵水前排水试验推导的最大水量70m3/min计算当时的堵水效果为92%。
2)1965年11月至1966年底,对石谷矿太原组三、四、五层灰岩进行截源帷幕注浆堵水。在中深部两条火成岩墙之间,走向900m的进水断面内在地面打钻注浆充填太原组薄层灰岩的导水裂隙,切断补给水源以减少石谷七、九层灰岩的涌水量。共打37个钻孔,孔间距25~30m,孔深377~455m,总进尺1488.11m,注入水泥1084.16t,黄土29m3,使七、九层灰岩涌水量由4.19m3/min降为2.625m3/min。
3)1972年7月至1974年4月,对北大井一81水平周瓦庄断层特大型突水点注浆堵水。通过对突水水文地质条件的分析,本次堵水也采用从地面打钻注浆方式,以注断层破碎带中的徐灰、奥灰交面部位,切断水流补给,并对断层两盘徐灰和奥灰适当加固的原则布孔。根据原来开采面积的采动影响和断层产状,沿断层走向东西长150m,断煤(十层煤)交面线两盘南北宽60m的断层影响带中布置了三排钻孔。中间一排穿过徐灰与断层的交面位置,直接对断层带注浆,南北各一排为加固断层两盘的徐灰、奥灰影响带。每排钻孔间距为15~20m,共打钻孔20个。其中,注浆孔18个,徐灰观测孔一个,奥灰观测孔1个。总进尺5016m,注入水泥9104t,水玻璃115.11m3,砂子447.63m3,石子15.10m3。堵住了曾以443m3/min的巨大水量突出的出水口。1975年5月排水至井底后实测涌水量为12.37m3/min,与突水前正常涌水量11.0m3/min比较多余水量仅1.37m3/min,堵水效果99.7%以上。
4)双山东四加固堵水工程。由于1958年至1960年的堵水还有5.56m3/min涌水没有堵住,继续开发双山区的煤炭资源,需要长时间排水很不经济,也不安全。因而,1977年11月13日至1979年3月又作了第二次加固堵水。本次加固工程总结吸取58年在此注浆堵水使87%的浆液充填采空区,没有将全部涌水量堵住的教训,钻孔布置以堵塞导水通道为主,重点加固断层带,沿断层走向围绕出水点布孔8个,孔距6~12m,钻孔穿过徐灰与断层交面位置附近,总工程量3004.95m,用水泥1641.9t,三乙醇胺618.778kg,食盐14519.15kg,堵住涌水5.47m3/min。排水证实原出水区只剩涌水0.09m3/min,堵水效果98.4%。
5)1980年3月20日至1981年4月30日,对夏庄矿一井190下山采区1903面底板突水区进行了注浆堵水。一开始先采用在工作面下运输道向工作面出水点正下方徐灰打钻对徐灰注浆,共3个孔,总进尺476.05m,注入水泥124t。因从出水点大量跑浆难于控制,同时由于钻房简易,钻探施工十分困难,后改用在工作面上下出水口砌筑挡水墙,封闭工作面采空区,希望创造“动水变静水”注浆条件,但升压试验时有鼓破12m的煤壁,最后只好在上水闸墙放水的条件下,向800m3采空区注粉亚砂土和水泥各50%的混合浆液充填老塘加固煤壁解决顶板绕流等问题后,沿主要突水通路进行逆注浆。本次注浆共用水泥1461t,粉亚砂土1062t,不仅堵住了本工作面的涌水4.2m3/min,还使离此出水点70m的一个老出水点水量减少,底鼓减弱。
通过这一系列堵水和堵水后的继续开拓实践充分证明:底板突水,特别是奥灰突水是有条件的,突水解决了这种特殊薄弱点之后,继续开采其他较安全区的煤炭是可能的。堵水是防治底板突水有效而经济合理的措施之一。