专利名称:隧道、矿主巷道、通道及其它地下暗道冒水的封堵方法本发明涉及已知空间位置的冒水矿主巷道、隧道、通道的一种封堵方法，而水是从外面和地下矿坑侵入的。众所周知，尽管已有预防措施，但隧道、矿主巷道、通道以及其它地下结构仍可能发生冒水。为了技术安全、经济和环境保护，必须防止冒水现象的出现，要封堵那些作为冒水来源的挖掘矿坑或天然暗道。最可靠的方法是基于停止水的运动，接着对静止的水采用公知的封堵方法。水的运动可自然而然地停止，这须要向矿坑注水，直到水处于静止状态(压力平稳)。然而，这要在整个地下结构例如坑道注满水，其技术、经济的后果常常是严重的。因此，以坑道系统注满水为代价来封堵冒水的方法不再被采纳。这种方法早期常在坑道中使用。为仅使较少的一部分坑道完全遭受水淹，在采矿中实际主要采用带门的坝。这种方法的基本特点是，坑道系统被水淹的部分被带门的坝隔开。在坑道系统出现冒水后关闭坝，这样水被封堵住，静止下来。采用法定的规程或标准对门型坝的应用、施工和检查加以控制。这是一种费用大的结构，工作质量要求高，这种结构不能紧跟隧道的前部或坑道通道的前部，所以在冒水的情况下，大部分坑道、矿坑系统被水淹没，其技术、经济后果也是严重的，尤其是对集中的、机械化的采矿，所以这种方法很少采用。如果由于某种原因，地下矿坑系统或其一部分没有被水淹没，那么在水流动着的情况下将其封堵住。但是这种带来可靠成功的已有方法是没有的。一种已知的方法，其目的在于封堵住作为冒水来源的通道。采用合适的材料如沥青球、硬质岩石、木球通过钻好的孔加入到流水处，这些材料无论如何一时便可粘附在天然的石质暗道内，然后灌入水硬堆装物，可有效地封堵住在暗道中已降低流速的水。根据汉卡(Hungarian)矿的半个世纪的实践，自从使用该方法，成功率不到50%。另一种方法，用于人为挖掘的坑道，其目的在于封堵隧道、矿主巷道及通道中的水。
其成功率不定，主要取决于矿坑的地质条件。
如果地下通道例如矿主巷道有溢流区，水向上涨，可通过一个钻孔将碎块硬料填加到溢流区，水流可被封堵住或至少受到很大阻力，因为在流动着的水中向上翻滚的碎块硬料达到如此稠状程度，使得流动的水不再有足够的能量流动，因而形成所谓的自动堆装。
如果矿主巷道几乎是水平的，即在流动的方向溢出，那么，在大多数情况下是在矿主巷道的顶部有敞口的水流通道，在该处较大的石块被高速水流不断翻滚。因而，这种方法只有在低排水量时才能取得成功。
辅助的方法，例如使用硬块状材料(木球、沥青球)，其尺寸比保留的水流通道大，即迅速地胶凝。该法在低、中排水量时，可提高成功率，但并不可靠，因有更多的暗渠会出现在靠近暂时封堵住的地方。在高的水流速度即在大的排水量时，这种方法肯定失败。
除了一般的已知方法外，有两个早先公告的方法应该认为是与本发明有关的已有技术，叙述如下涉及的汉卡(Hangarian)专利申请NO3670/84，是关于在流着水的情况下，地下暗道的封堵方法。按照该方法的最重要原则，与须要封堵的暗道相通的多个平行通道是用钻孔的方法形成的，这样可用堆装物填满原来的暗道，水被引到可以封堵的钻出的通道，从而在原来的暗道中的水流速度降低到适合於可靠封堵的程度。
据此，当多个与暗道平行相通的输水通道起作用时，首先使原来的暗道被封堵住，然后，较远的暗道通过输水通道也将被封堵住。
这种方法与已知的一般方法完全相反。它仅仅适用于被封堵的暗道的空间位置相对于其它可达到的矿坑表面来说，要允许在与要封堵的暗道截面相平行的方向，钻多个输水孔。
专利申请NO3671/84，其目的在于对流着水的人为挖掘坑道、矿主巷道、通道、隧道进行封堵。
按照该发明，首先把松散的毛石放入需要封堵的矿主巷道、隧道，并在其顶部保留有水流的敞口通道。然后，在流水侧用爆破的方法使产生的一部分毛石沉积在流水中，以便获得流水的悬浮深度超过临界深度状态下的自动堆装。采用自动堆装的方法是在减少流水速度的空间里填入材料。这种方法比已有技术有效，但并不可靠。
本发明的目的在于，在流着水的地方，扩大封堵的有效范围，和或者是提高封堵方法的可靠性。
根据本发明的构思，采用下述方法，发明的目的可以达到。
首先，在须要封堵的隧道、矿主巷道和通道内，建成可渗透的支承结构。
接着，使用经适当选择大小的粒状硬料，构成用来降低水流速度的限流层，它部分地支承在可渗透的支承结构上，而主要是由隧道或暗道的壁支承。同时，为了保护支承或减轻限流层的作用，将防水固化填充材料作为防水层灌注到限流层后面的隧道或矿主巷道，防水固化材料并由此渗入冒水暗道。
本发明的可渗透支承结构与已有的坝不同处在于，它不承受全部水压负荷，而仅承受小部分的负荷，这因为水流几乎没有被节流。可渗透支承结构的作用是防止构成限流层的粒状毛石继续滚动，从而构成用来限流的粒状过滤层。
最初，当粒状过滤层还是很薄的且具有低的流体阻力时，相当于全部水压中的一小部分负荷由可渗透的支承结构所承受。后来，由大量粒状材料形成的限流层加厚，作为粒状材料内摩擦的结果，增加的负荷通过隧道、矿主巷道或通道的壁传递到周围的岩石，粒状材料增厚到一定限度，则形成机械地自行封堵结构。
紧贴可渗透支承结构的最大颗粒尺寸，应选择大于支承结构格架间隙的大小。
接着是填入越来越细的颗粒以提高限流的效果，因而较大的颗粒挡住较小的颗粒，即利用过滤的原理。
为了选择颗粒的大小，可应用通常用于卵石井、截水沟的过滤原理。
应用流体知识，给定了颗粒大小和厚度的粒状物质，其流体的阻力是可以计算的。
对于已确定了摩擦和厚度的粒状物质，所传递的载荷用众所周知的土壤力学(例如模拟土壤压力)的方法可以计算。因而，与可渗透支承结构，岩石相互作用的限流层，可以可靠地计算出来。
依靠有足够高的流体阻力的限流层将负荷均匀地传递到侧壁，用这种现已公开的方法可以可靠地封堵住冒出的水。
由于实施该方法与周围岩石的性质和隧道、矿主巷道或通道的壁的质量有关，所以在封堵之前须要对岩石进行强化灌注，以便使周围的岩石能承受由限流层传递来的载荷而不致破裂，并且强化灌注岩石的材料不该渗入到岩石处的限流层中去。
可渗透的支承结构的一种合适的施工方法，是从安全的地方，例如从外面，或从其它没有冒水的地下坑道，钻一个或几个孔直接通到须要封堵的主巷道内。
另一种施工方法，是用可移动的带门格架，装在工作地方前部的后面，作为有冒水危险的主巷道的初步护保措施。
由碎块或粒状材料建成的支承结构和限流层，或是通过管道液力输送到需要的地方，或钻孔直接通到建坝的地方，在设有初步保护措施的场合，可移动的具有可通过管线的门的格架被放置在隧道或主巷道中。
其它各种方法，其特点在于获得支承结构所须要的碎块岩石，至少部分地是通过打碎周围的岩石来获得。
采用的方法如图1～24所示。图1～7所示，为沿着被淹没的暗道，通过钻若干孔来进行封堵水施工的过程。图8表示出周围岩石的增强加固。图9～20所示是可渗透支承结构的各种施工方法。
图16～18所示的施工方法表明，用作可渗透支承结构的碎块材料是部分地取自周围的岩石。
图21～24所示是形成可渗透支承结构的另一种施工方法，在暗道的前面部位，装有格架坝门，可以在冒水的主巷道中移动。
下面对各种施工方法作详细描述。
如图1所示，由于超过用以保护泵站的排水量(未在附图中表示)，主巷道1发生了冒入的水2，而只有泵站有较高的排水量，才能防止主巷道完全被淹没。因而，被水淹没的主巷道处于水的压能3之下，由于压能较高，该处水流湍急。可渗透的支承结构7是用堆装物6从外面4通过有套管的钻孔5填入到主巷道，并填满坑道的整个截面而形成的。
下一步是根据过滤的原理，如图2所示的顺序，填入限流层材料。在离支承结构7的合适位置，再钻有套管的孔5，然后填入颗粒大小合适的堆装物6。
堆积坝施工的最后一步是，再钻一个有套管的孔5，通过该孔灌入快干水泥或聚合物等填充固化材料10，形成防水层9。
开在坝两侧的有套管的观察孔11，用于检查防水坝的技术适用性。
用于装填的套管孔5，其直径大小根据液力输送的经验而定。摩擦阻力大的粒状材料可采用不规则、尖棱的岩石碎片，要求孔的内径相当于颗粒大小的三倍。必要时钻的孔可加套管，这时所须要的直径就是套管内径。
按照本发明，其它的施工方法是关于带有格架的坝的施工。本发明的图3a和3b所示的可渗透支承结构是用多个套管孔5从外面4直接通到主巷道内。用最新的钻孔技术，定向钻孔设备，有熟练的工人，就可进行钻孔作业。定向钻孔的成功实践表明，其误差为±0.1米。其次，用常规的方法可以较精确地测出钻孔的位置。因而，套管之间的格架管外壁之间的距离是可以知道的。
下一步如图4所示，钻一个用作填入堆装物的套管钻孔5，而颗粒尺寸大于格架管外壁之间的距离，孔5是从外面4钻入的，并位于淹没的主巷道1的格架7和冒入的水2之间，所以通过钻孔填入的堆装物6是在格架7一侧的主巷道内，并从靠近格架7处堆起。
接下来如图5、图6所示，根据过滤的原理，从钻孔5填入中等颗粒的堆装物(砾石、砂)，形成层状限流层8。其结果是，水的压能3发生了显著变化，这通过观察孔11可在一侧测出。
限流层升高了堆装物前面的水的压能3，而通过限流层流出的水减少了。如果通过位于如图7所示的堆装物处的钻孔5(必要时可钻几个孔)灌入填充的固化材料10，形成防水层9，这样可以实现完全封堵和提高坝的稳定性。
确定灌注材料的数量的条件是，要确实填满这部分主巷道和渗到冒水来源的暗道2。例如，填充固化材料10为水泥与粉煤灰，按1∶5的比例混合。
在图6和图7的限流层8和图7的防水层形成之前，若认为有必要，可通过常规的有套管的钻孔5，将强化填充泥浆(例如水泥浆)灌入不十分结实的周围岩石的裂缝13中，如图8所示。
其次，可能出现封堵不住的情况，这时，以图8所示的那种可供选择的形式，三个坝一个坝接在一个坝后面，将图3～8所示的步骤必须沿着主巷道1重复多次，这样，为填装限流层早已钻好的孔5、7可用于灌注喷灌材料10，来加强周围的岩石。用这样的方式，甚至在非常不利的岩石情况下，也可实现有效的封堵。
格架7是由一排有套管的钻孔5组成，如图3b所示，它可作为例举的可渗透支承结构的一种施工方法。该方法的缺点是，要钻许多孔，而且钻孔的精度要求高。通过改变形成套管外壁间空隙的套管排列结构，可减少所须钻孔的数量和降低对钻孔精确度的要求，此外还可用增大套管及用大直径钻孔的方法。
按照图9a和9b所示例举的方法，将一排支柱管14放入钻孔5并置于主巷道的底部。所安装的翅片15与支柱管同心。沿A-A线的截面如图9b所示。图中在须要封堵的主巷道1内，翅片15靠自重或弹力象伞一样张开，并按图示的位置被固定在支柱管上。这排支柱管14和张开并被固定的翅片形成可渗透的格架7。
按照图10所示的方法，一排支柱管定向排列，安装在支柱管上的翅片15靠自重或弹力按垂直于主巷道轴线的方向张开，从而减小支柱管外壁之间的空隙。
图11a和11b所示的可渗透支承结构，有多个有套管的钻孔5形成，套管钻孔5之间的距离比图3所示的大，这样须要的孔数少。因为处于须要封堵的主巷道1横截面范围内的套管16，用爆炸产生的冲击载荷可使其裂开，从而减小了套管外壁间的空隙。
图12a和12b所示是例举的格架，它们是用固化材料填满的。
固定于穿过大直径钻孔5的支柱管14上的软管，进入主巷道内。支柱管在软管18的上、下耐压夹持环19(例如液力夹环)之间有孔20。沿A-A的剖面如图12b所示。图中格架7通过由多个支柱管灌入填充固化材料10，填满软管18而形成。
图13、14和15所示的是，例举的具有带有填满固化材料所用孔的可渗透结构的施工步骤。
图13所示，位于被淹没的主巷道1的钻孔5处，通过液力夹环19连接到支柱管上的一软管18被装在低强度的固定在支柱管14上的保护套21内(例如聚氯乙烯管)。
图14所示，软管18开始填满固化材料10，使保护套被撑破，装有输水管22的折叠着的软管18在水流着的方向伸开，按灌注步骤灌满固化材料10。
图15a和15b所示的软管18完全灌满固化材料10，并紧压在须要封堵的主巷道的壁上，在输水管22内流动着的水具有低的流动阻力。这是一种坝的可渗透支承结构7。
图16、17和18所示为例举的可渗透支承结构的施工方法，采用堆装物和在钻孔中爆炸炸破岩石相结合的方式。
图16所示的是形成如图1所示的堆装坝的第一步。直径差不多的高渗透性的硬堆装物6通过钻孔5填入要封堵的主巷道1内。在狭缝23的水流速度小于与堆装物颗粒大小有关的使颗粒在水中滚动的临界水流速度前，坑道1内加入的堆装物颗粒处于静止状态;水流达到临界速度，堆装物颗粒被水带走，从而在堆装物与主巷道顶部之间保留着水流狭缝23。
为了填满狭缝23，在主巷道1的顶部用炸药24爆破，从而松动和崩裂钻孔5处(如果须要，可钻多个孔)的岩石，这样狭缝23由爆破的、松散的、可渗透的岩石块填满，如图17所示。
最后一步如图18所示，在崩裂的上面空腔，亦如图17所示，通过钻孔5填入由砾石、砂组成的硬的堆装物6，然后在钻孔5内装入防水物27。另外，爆炸造成的裂缝13用填充固化材料10灌满，同时在爆炸的地方提高灌注压力，使得顶部岩石施压于毛石25的区域上。
这样形成的可渗透支承结构实质上是与图1所示的堆装坝的支承结构一样的。
图19a、19b和19c所示的是例举的一种施工方法的三个剖面图。为了封堵出现在主巷道1的冒入的水2，采用有大直径的钻孔5的可渗透支承结构。按一定方向复盖水泥层28、底部被封闭、带有输水管22的套管16被置于从外部4钻成的大直径孔的底部，来作为支承结构。复盖的水泥层28可通过液力操纵的充填环形物29获得，如沿B-B剖面的图9c所示。支承结构的下一步施工是，用防水器27封堵冒入的水，防水器27是用管将其从外面4装到下面。图20a和20b所示为有竖井的、具有例举的可渗透支承结构的冒水的主巷道的封堵的两个剖面图。
将作为可渗透支承结构的套管16同管30一起插入，一直到竖井31的底部。套管16在主巷道的高度范围内开有孔20，并按照图19装有防水的输水管22。接着是复盖水泥层29。最后是限流层和防水层的施工。
另外，尤其通过钻多个孔来进行输水的支承结构的施工方法，须要几个星期或几个月的时间。利用例举的图21、22和23的方法，可以缩短时间，这种方法适用于周围的岩石是非常硬的施工条件。
其准备工作是，在有冒水危除的隧道、主巷道内安装坝支架33，如图21所示，为了安装和打开格架坝门34，最好用岩石铰钉把支架33安装在岩石上。
至少要装两个坝支架33，并且离巷道掌子面拉开一定距离，例如50～70米。采掘时格架坝门是开着的。按照该方法，除安装坝支架33和格架坝门34外，还装有辅助门35，形成高于予定水位之上的可以开、关和移动的输水支承结构。
在发生令人讨厌的冒水之前，从隧道或主巷道的前部撤离工作人员32和贵重的自动采掘机36，并关闭坝门，如图22所示。
该方法也适用于其它作业中冒入水的暗道的封堵。
作好准备工作之后，测量冒入水2的流量，判断一下，打开格架坝门34，继续掌子面的工作，还是开始封堵。为了限流层的施工，利用可关闭的格架坝门，在这方面已介绍了两种方法。
如图23所示，在被关闭的格架坝门34的前面，钻出孔5，以下的步骤按照图4～7所示。
如图24a和24b所示，如果限流层8和防水层9施工所须要的液力管线37和填装管线38铺设到主巷道1内，其终端在被关闭的坝门后面，可节省钻孔5的时间，这也可通过铺设液力管线37时，将它们和格架坝门一起向里移动来实现。所说的这些管线甚至可在冒入水之后铺设。这些管线穿过辅助门35，伸到格架坝门的后面，这样钻孔所须的时间可以节省。
上述的施工方法表明，本发明的构思在深钻技术、矿井、液力输送的各种条件下，采用水封堵技术的常规工艺，可以可靠地实现。
本发明与已有技术方案相比，其优点是可以实现可靠的封堵。
同样地与专利申请NO3670/84相比，本发明的优点在于有较高的可靠性。该专利比已知的方法有了很大进步，并有较高的成功率。
本发明与专利申请NO3671/84相比，其优点在于适用范围大。当地质条件与钻孔技术允许时，专利申请NO3671/84可缩短具有输水钻孔的暗道封堵的工序。
然而，本发明与专利申请NO3670/84和3671/84相比，不足之处在于仅仅适用于已知空间位置的通道封堵，所以本发明不能取代所引用的那些早先专利申请，然而它是新出现的可信赖的封堵水的方法。所以，在已知地质和技术条件的情况下，可选择一种最合适的方法。


一种对冒入水的、已知空间位置的地下主巷道、隧道、通道和其它暗道设置防水的耐压障碍物的方法。