复杂条件下陷落柱精确探查与注浆加固技术

根据目前探查治理技术，结合国内等多个矿区开展大量的地面探查治理构造工作来看，现阶段复杂条件下，想要有效精准探查陷落柱的具体位置，不仅需要合理规划陷入柱探查流程，还要选择适合的注浆加工技术，以此有效对矿井开采地区进行探查治理，充分展现出精准探查与注浆加工技术的应用优势。

一、研究案例

（一）案例背景

某地区矿井位置该地区中心位置，并且该地区的地质条件相对复杂，直距约14 km 处的连福镇后崖头-关子岭一带，行政区隶属介休市连福镇管辖 坐标为：北纬36°59 ′30.659″-37°00′30.378″，东经 11205′20.845″-112°08′ 01.943^′′ ，东经 112°06′26.394″。本区交通较为方便，南同蒲铁路、国道108 线公 井田距南同蒲铁路介休火车站约18 km，井田内有一条地区级公路从中南部通过， 条乡间公路与村庄相连，距G5 京昆高速介休站入口约25km，交通较为便利。

（二）建设目标

搜集类似矿井陷落柱治理案例、井田地质、水文地质条件、陷落柱发育规律的基础上，对X2 陷落柱进行地面探查治理，并利用井下钻探技术及相关物探进行验证，提交成果报告，最终实现工作面安全采掘。进一步查明倡源煤业X2 陷落柱发育边界情况，利用井下物探综合探查技术探明X2 陷落柱的分布位置及大致范围。通过注浆加固工程，有效阻隔奥灰水，将其改造为不导水型陷落柱；使陷落柱底部岩石较破碎区域得到有效充填并重新胶结，改造含水通道，使陷落柱赋水区域形成有效隔水层[1]。

（三）设计思路

由于案例地区的地质条件以及水文环境具有特殊性，所以在陷落柱精确探查与注浆加固技术设计思路上要结合地区煤矿开采要求，因为岩溶陷落柱是埋藏在煤系地层下部的巨厚可溶岩体，在地下水溶蚀作用下，形成巨大的岩溶空洞。空洞顶部岩层，当其失去对上覆岩体支撑能力时，上覆岩体在重力作用下向下垮落，充填于溶蚀空间中，因其剖面形态似一柱体，故称岩溶陷落柱。岩溶陷落柱的这种特殊地质现象的存在，不仅破坏煤层，减少可采储量，影响巷道的掘进和煤层的开采，而且是特殊的导水通道，是很难防治的充水因素。尽管陷落柱突水淹井事故难以有效预防，但突水后可以采取综合治理技术将复矿的时间大大缩短，将灾害损失降低到最低限度。

陷落柱的导水性可分为3 种类型：强充水型、边缘充水型、弱充水型。从已发现的陷落柱来看，绝大多数的陷落柱是弱充水型，陷落柱内充填物压实紧密，风化程度极强，边缘裂隙水已被疏降，煤矿在回采过程中，没有水或少量滴水；边缘充水型的陷落柱内充填物压实紧密，风化程度较强，柱内水力联系不好，只是陷落柱边缘发育的次生裂隙充水，对奥灰水的导通性不好，采掘工程揭露时一般以淋、滴水为主，涌水量不大；强充水型陷落柱内充填物未被压实，柱内水力联系良好，直接导通奥灰高压水，沟通了煤系地层各含水层，采掘工程一旦揭露就发生突水，水量大而稳定。

二、陷落柱精确探查策略

在煤矿开采期间，常见的陷落柱数据探查和预测，仅仅依靠工作人员宏观判定或者进行半定量操作，想要有效精准探查,除了选择常规检查法以外，还要利用其他检测技术手段，以此获得开采地区能源分布位置、形态大小以及保水性能水平等。

首先，探测团队在使用常规检测方法以及预测技术，针对开采地区进行数据勘探后，还要利用多元化信息技术手段，结合三维立体化地质结构收集该地区的地震资料，同时使用物理探测法，确定开采地区是否出现异常情况，明确陷落柱自身所具有的导水性能，同时利用钻探验证法明确陷落柱的精准位置[2]。

其次，需对地面三维地震数据和资料进行精准化解释，从而明确开采地区的具体位置以及异常情况，并通过重力检测法、电磁检测法、地震检测法以及井间透视法等物理探测技术手段，进一步明确陷落柱异常区域，为后续定位提供理论根据和数据支持。

第三，矿井巷道进行挖掘操作时要严格按照标准操作，做到有疑必探，探测要有效控制超前间距做到先探测后挖掘，确保物理探测与钻孔探测相互结合，在探测操作期间，通常以直流电探测法以及变电电磁超前探测法为主，如果以上两种探测方法无法有效探测挖掘环境，则需要使用底板超前钻探法，以此保证探测数据的准确性。

最后，矿井进行挖掘操作时，如果发现未得到有效控制的隐伏陷落柱，为保证矿井开采效果，无论陷落柱自身是否具有导水性能，都需要停止挖掘，并结合开采地区地质特点和自然环境，编纂探索应对措施和优化方案，比如：选择物理探测法与钻探法相结合的组合方式，精准探测矿井开采地区的隐伏陷落柱建设范围和发展规模，并进一步明确矿井挖掘地区的导水性能，以及陷落柱受损坏情况，在此基础上制定针对性目的性的安全防护措施。

三、注浆加固技术应用策略

（一）注浆加固流程

在注浆加工技术应用期间，要充分结合矿井挖掘区域以及注浆目的选择不同的注浆方式，其中矿井在直孔施工段和造斜施工段，需选择下行式注浆技术；顺层施工段则需选择前进式注浆技术。在注浆操作过程中，需要格外注意的是，如果钻井出现液体物质漏失，在注浆开始后要详细检查挖掘深度、液体流失量以及注浆水位等相关参数[3]。

（二）水压试验

矿井挖掘区域每次进行注浆操作前需要进行水压试验，并根据实验结果进一步明确注浆漏液数量，最终明确水泥砂浆溶液的配比，所有钻孔在注浆操作完成后， 孔洞密封前均需要全孔洞水压操作试验，并保证孔洞压力均达到静水压力的 1.5 倍，如果水压压力达不到标准要求，则需增加清水的泵送量，总体清水量不小于孔洞内体积的 2 倍。

（三）注浆操作

注浆加固以及水压试验完成后，注浆封闭将选择孔洞封闭方法，并且在注浆前要详细检查封闭设备自身的密封性能，确保其自身具备防爆应对措施，在注浆加工操作上要选择前进式分段注浆法，并且整体注浆加固过程要保持持续不断，如果需要中途停止，要尽可能以最快速度完成检修恢复注浆操作，否则要立刻冲洗钻孔内部环境，如果无法冲洗或者不能冲洗干净，则要重新扫孔进行注浆加固。

恢复注浆时，如果水泥砂浆注入率与中断前十分相似，则需选择中断前水泥砂浆浓度系数持续注入操作，比如：如果水泥砂浆注入率在中断前大幅度降低， 少水泥砂浆的浓度系数，并始终保持持续注浆操作，如果在短时间内停止注入，要立刻选 特殊地质结构，比如：岩溶、构造带、破碎带等水泥砂浆注入总量较大的地区， 充种类、 填充范围、施工规模以及水泥砂浆渗透情况。除此之外，还需要根 骨料，将岩溶地下水管流变成渗流后再进行注浆；缩短注浆段段长并且始终以低压、浓浆、 限流、限量、间歇注浆等形式完成注浆操作。

结束语：

总之，为了保证复杂条件下矿井开采效果，需对陷落柱规模、发育高度、揭露层位及富水性等特点，确定不同的注浆加固层位及加固范围，充分考虑工作面扰动破坏深度范围和柱体围岩裂隙带宽度，并将涉及到的灰岩含水层改造为隔水层，达到可靠封堵引起滞后突水通道的目的。

参考文献：

[1]王晓波.寺河煤矿陷落柱探查与注浆加固一体化技术应用[J].煤,2024,33(09):11-14+35.

[2]王晨乐.水工建筑物地基施工质量与注浆加固技术研究——以特殊地质条件为例[J].中国品牌与防伪,2025,(10):180-182.

[3]高广义,李搏凯,赵爽,等.超高压富水花岗岩蚀变带超前注浆加固技术研究与实践——以大瑞铁路高黎贡山隧道出口工区为例[J].隧道建设(中英文),2025,45(08):1590-1601.