漳河水庫左岸煤礦地下透水通道流速探測.docx

1、文章編號：1001-5485(2009)SI-0123-04漳河水庫左岸煤礦地下透水通道流速探測蔡瑩'，高大水2,車清權(quán)I,向勇'（1.長江科學(xué)院水力學(xué)研究所，武漢443010；2.長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，武漢430010）摘要:湖北漳河水庫李家洲煤礦突發(fā)透水事故后，情況危急，搶險(xiǎn)首要任務(wù)必須查明地下透水通道。根據(jù)工程特點(diǎn)決定利用在地質(zhì)鉆孔內(nèi)采用流速探測的方法確定具體漏水巷道位置。通過特制的流速探測設(shè)備對眾多鉆孔進(jìn)行探測，迅速準(zhǔn)確地找到了地下漏水通道，并在施T.堵水階段該依裁流速作參考依據(jù).成功地完成了本次工程透水搶險(xiǎn)堵漏任務(wù)。關(guān)鍵詞:透水;漏水通道;流速;探測中圖分類號:TU

2、94.31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A收稿日期:2009-07-30作者簡介：整瑩（】965）.男.湖北滯水人.高級工程師.主要從事工程水力學(xué)研究，（電話電子佰箱）caiy0121。1概況潦河水庫位于湖北省江漢平原西部,地處荊門、宜昌、襄樊三市交界處,水庫流域面積2980km2,正常高水位123.5m,總庫容20.35x108m30漳河水利工程，以防洪、供水為主，兼有發(fā)電、水產(chǎn)、旅游、水電建筑安裝、航運(yùn)、林果品等綜合效益。自1958年建庫以來，累計(jì)攔截大于1000m3/s的洪峰46次,防洪減災(zāi)效益97.25億元，累計(jì)提供工農(nóng)業(yè)及城鎮(zhèn)生活供水超過200xIO8a?。李家洲煤礦地處湖北

3、省荊門市東寶區(qū)李家洲，位于漳河水庫左岸，礦區(qū)規(guī)劃邊界距水庫121m水位線最近點(diǎn)約40m,該煤礦在漳河水庫建設(shè)以前已有幾十年的開采歷史。2008年5月7日該煤礦在生產(chǎn)過程中發(fā)生了透水事故，透水出口最大流量:近3mVs,危及當(dāng)陽市費(fèi)家堡等7家煤礦及漳河下游灣溪鎮(zhèn)馬店村125戶359人、44hm2耕地的安全。事故發(fā)生后，湖北省委、省政府高度重視，立即成立了事故凋查專家組，并指定長江水利委員會(huì)長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院和中國葛洲壩集團(tuán)股份有限公司作為此次事故的搶險(xiǎn)勘察設(shè)計(jì)單位和施工單位。由于煤礦巷道定位資料殘缺不全，難以宜接斷定地下具體透水位置，必須進(jìn)行勘查。按審故調(diào)查專家組的意見，對礦區(qū)附近1km多的炸

4、岸迅速展開了地質(zhì)勘察和探查工作，通過地質(zhì)滲漏鉆孔初步分析透水區(qū)水文地質(zhì)條件，隨后對水情異常的鉆孔進(jìn)行流速探測，在明確透水通道的基礎(chǔ)上再采取針對措施進(jìn)行堵水施工。2流速探測目的及內(nèi)容潭河水庫李家洲煤礦地下通道曲折，突然發(fā)生透水事故，沒有準(zhǔn)確資料可供參考。通過在出水口設(shè)置的簡易量水堰觀察漏水量大并有逐漸增加的趨勢，必須盡快采取措施確定水下漏水部位或通道。經(jīng)邀請多家專業(yè)單位利用水下電視、多普勒流速儀、測溫等多種手段會(huì)診，發(fā)現(xiàn)庫內(nèi)水下地形復(fù)雜、障礙物多，難以探查到水下滲漏部位，與此同時(shí)在可能發(fā)生透水巷道的平面位置從岸邊地面打流速探孔，以便流速探測確定地下漏水通道。在確定漏水通道后進(jìn)行堵水施工時(shí)，對即時(shí)

5、流速數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，可為了解施工過程中堵水效果提供一項(xiàng)重要的參考指標(biāo),以便及時(shí)根據(jù)情況改進(jìn)施工措施C流速探測的主要工作內(nèi)容有:在滲漏通道探查期間，根據(jù)鉆孔進(jìn)度及時(shí)探測可疑鉆孔內(nèi)沿孔深的流速分布，確定探孔是否穿過透水巷道及巷道深度;在堵水施工期間，根據(jù)工程施工進(jìn)展，隨時(shí)測定鉆孔透水巷道內(nèi)的流速變化悄況，即時(shí)評價(jià)堵水效果，便于迅速改進(jìn)施工方法。3鉆孔流速探測技術(shù)漳河水庫堵水施工期間，長江科學(xué)院水力學(xué)研究所承擔(dān)r全過程鉆孔流速探測工作。潦河水庫滲漏探孔的深度大（最深約95m）,孔內(nèi)水深（約40m）,孔徑?。ㄗ钚?6mm）,由于地質(zhì)原因孔壁粗糙，以前很少有類似工程及相關(guān)技術(shù)可供借鑒，工作具有一定的探索性

6、和難度°通過對工程特點(diǎn)詳細(xì)了解，認(rèn)為利用已有的“水下管涌探測儀”技術(shù)進(jìn)行簡單改造可以獲得理想的探測效果?！八鹿苡刻綔y儀”是一種集定位、定量及可視于一體的探測水下集中滲流技術(shù)，具有直接、直觀等多種實(shí)用功能，最小探測滲漏量為100mL/m2,該技術(shù)已獲得國家專利，設(shè)備探測器可用于豎直小孔徑內(nèi)(孔徑大于40mm)的流場測最，現(xiàn)有儀器探測流速范圍在0.02-7.0m/s之間，可確定流向，耐水深度約40m。為本工程鉆孔流速測量的特別需要，特改制3套探測設(shè)備。根據(jù)深孔、深水等特殊條件下流速測量要求，還需要對鉆孔流速探測儀作必要的準(zhǔn)備，并進(jìn)行專門標(biāo)定。探孔傳感顯示值為頻率,應(yīng)用前須采取專門的標(biāo)定

7、措施建立頻率-流速對應(yīng)關(guān)系。水流的快慢宜接由傳感器接收，傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的大小也就與水流流速存在對應(yīng)關(guān)系。通過專門標(biāo)定，為本項(xiàng)目準(zhǔn)備的3只傳感器的頻率-速標(biāo)定數(shù)據(jù)和曲線分別見表1和圖1。F傳感器的探測直徑為40mm、量程為0.03-1.35m/s；2f傳感器的探測直徑為51mm、量程為0.052.50m/s；3*傳感器的探測直徑為65mm、量程為0.12-3.50m/so表1傳感器頻率-流速率定表1,傳感器2傳感器3,傳感，圖1傳感器頻率-流速標(biāo)定曲線圖從流速率定成果可知：3傳感器的標(biāo)定點(diǎn)基本都在各自直線附近,都可用于本工程滲漏流速探測O實(shí)際測量時(shí)鉆孔最大流速都不超過0.6m/s,常用1傳感器測

8、量。水下傳感器已多次在30m以內(nèi)水深進(jìn)行過流速探測，長時(shí)間應(yīng)用于30m以上水下應(yīng)用需要做些改進(jìn)，并進(jìn)行專門壓水試騎。感應(yīng)器改進(jìn)密封措施后，經(jīng)壓水試驗(yàn)表明，都可在0.4MP&左右水壓內(nèi)連續(xù)正常工作10h以上,3傳感器都能滿足本項(xiàng)目現(xiàn)場探測要求。4鉆孔流速探測實(shí)施步驟(1) 在重力作用下，將傳感器從探孔孔口徐徐下降，并將流速儀的迎流方向固定指向水庫方向；(2) 在要探測的孔深范圍內(nèi)沿孔深每隔1020cm設(shè)一個(gè)流速測點(diǎn)，依次待地面顯示器顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定后實(shí)施各測點(diǎn)同一方向的流速測虻；(3) 測完一個(gè)方向的各點(diǎn)流速后，將傳感器旋轉(zhuǎn)45。90。，再每隔1020cm依次上升測量另一方向各測點(diǎn)流速分量C

9、在對測點(diǎn)流速測試過程中，如地面顯示器有信號顯示，則對該測點(diǎn)周圍進(jìn)行360。密集環(huán)測,流速最大值即為該部位的流速，其方向即為流向。5觀測成果本項(xiàng)目鉆孔流速測量分為滲漏通道探查階段和堵水施工觀測階段。根據(jù)地質(zhì)勘探要求，在滲漏區(qū)域內(nèi)布置了眾多探查孔,然后初步判斷鉆孔內(nèi)水情,再從眾多地質(zhì)鉆孔中篩選出12個(gè)鉆孔作為流速探孔。根據(jù)流速實(shí)測及現(xiàn)場施工情況,本項(xiàng)目流速探測共分17個(gè)觀測組次，完成29孔次的測量,總測流速點(diǎn)數(shù)近600個(gè)，最終測定5個(gè)鉆孔穿過透水巷道,施工堵水在3較大口徑鉆孔。全部鉆孔布置情況見示意圖2,鉆孔有關(guān)參數(shù)見表2。5.1探查階段流速觀測在探查漏水通道階段，根據(jù)鉆孔內(nèi)水情初步判斷，共進(jìn)行了

10、10組次流速測量，探測17孔次，測定出2個(gè)探孔已穿過透水巷道°這一階段探測的孔徑最大為311mm、最小為56mm,最大測量;孔深度91m,最大水深37m,最大流速0.33m/so測量:過程中，根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)調(diào)整流速測量方法。本階段流速測量成果分別見表3至表5。表2流速測量鉆孔表孔號孔徑/mm探測深度/m最大水深/mDL17632-3830DL37625-31DL77612-198.5DL127619-2420-2767-11N476-568731CJW1-121988-9137CJWI-2311909238CJWI-331188923868*762769'7627大口徑27

11、表3探查階段流速成果表(1)71U-孔徑/測深/測點(diǎn)/流速/水溫/觀測孔Jmmm個(gè)(ms-')r日期DLl76323840<0.0514DU7625-3160<0.05152008年DL77612-1930<0.05195月29日至DLI27619-2450<0.05196月1口20-2767-1140<0.0517注:表中為2,傳感器測址值，探測時(shí)無信號顯示.流速小于0.05m/s,表明鉆孔都沒有穿過透水巷道。表4探查階段流速成果表(2)孔號孔徑/mm測深/tn觀測日期N47656872008年6月6日至6月7日注:采用2,傳感器Wffio改變測址方法連

12、續(xù)測量3次，傳感器都降至約65m因孔壁粗糙阻擋不能探測水面以下流速。表5探杳階段流速及觀測成果表(3)孔砂孔徑/mm測深/m水深/m流速/(m8-1)水溫/r觀測日期89350.60.13CJW1-!21990360.90.192008年6月91371.10.2124日至25日CJWI-331190361.80.33注:朝中數(shù)據(jù)為】,傳感器測M的最大值;測Nt過程中，CJW1-1孔內(nèi)流速不穩(wěn)定;數(shù)據(jù)表明CJW1-1.CJW1-3鉆孔穿入透水巷道。5.2堵水施工階段流速觀測明確透水巷道后，進(jìn)入工程堵水施工階段。根據(jù)工程特點(diǎn)，本工程堵水主要是利用土工布膜袋從CJW1-1鉆孔放入透水巷道內(nèi)，然后向膜

13、袋內(nèi)灌注水泥漿堵孔。在巷道堵水前、堵水過程中及堵水后，根據(jù)施工進(jìn)展適時(shí)對CJW1-2,CJW1-3孔內(nèi)流速進(jìn)行觀測和監(jiān)測，在這一觀測階段還對靠近水庫岸邊的3個(gè)異常鉆孔進(jìn)行流速測量。本階段流速測量共7個(gè)組次，共12孔次探測，確定穿入漏水通道內(nèi)的鉆孔增加到5個(gè)。鉆孔孔徑從76mm至311mm不等，最大測量深度近92m,最大測量水深約38m,探測的最大流速0.57m/so本階段流速測量成果分別見表6至表9。表6第一次投放膜袋后CJW1-1流速成果表孔號孔深/m水深/m巷道高度/m測深/m頻率流速/(mL)測量時(shí)間90.102.30.4290.402.60.47CJW-192.2037.602.209

14、0.701.20.2391.000.0<0.0390.301.40.2690.603.20.5790.901.8033CJW1-292.1037.501.7091.201.10.2191.500.80.162008年91.800.90.186月88.800.0<0.0329n89.200.90.1989.501.20.2489.800.80.16CJW1-391.4036.902.6090.100.40.1090.400.20.0790.700.20.0791.000.80.1691.300.60.14注:表中數(shù)據(jù)為1傳感器測忱的最大值;測量過程中,CJWI-1,CJW1-3兩孔內(nèi)

15、流速不穩(wěn)定;CJW1-2孔內(nèi)在巷道高度以上約1m范桐內(nèi)有弱信號顯示;從數(shù)值nJ知CJWI-1.CJW1-2.CJW1-3三個(gè)鉆孔都已穿入透水巷道。表7岸邊鉆孔內(nèi)流速成果表孔號孔深/-m彗道高/m噂/頻率流速/(ms)觀測H期69*27.701.5027.000.0<0.0368,28.101.5027.500.60.142008年6月30口大口徑127.500.60.13表8笫二次投膜袋過程中CJWI-2流速成果表測點(diǎn)深度/m頻率值流速/(ms-*)測量時(shí)間1.70.321.90.35ona1.70.322008年7月1日1.60.3022：30-24：001.40.271.60.30備

16、注：監(jiān)測過程中流速不穩(wěn)定。表9第二次投膜袋后孔CJW1-1流速成果表測點(diǎn)深度/m頻率值流速/(«»'*)測抵時(shí)間88.80.80.172008年7月2日89.52.80.5013:00-14：3090.110.206觀測成果分析從探測成果可知：(1)在探查透水通道的初期，所測探孔DL1,DL3,DL7,DL12,20-2的流速都小于儀器可測的最低限值，孔內(nèi)基本沒有水流，探孔沒有打入集中滲漏的通道;在探查后期，鉆孔CJWI-1,CJW1-3在巷道深度范圍內(nèi)有流速顯示，表明探漏鉆孔已穿入透水采煤巷道，可明確漏水通道。通過后續(xù)探測可以確定CJW1-1,CJW1-2,CJW

17、1-3三個(gè)探孔在同一巷道上下游，三孔的平面間距3m左右，為后續(xù)定位堵水施工創(chuàng)造了有利條件。(2) 第一次從中間鉆孔CJW1-1投放膜袋堵水施工后，測得CJW1-1內(nèi)的流速最大值增加，流速高度分布范圍減小，在其上游鉆孔CJW1-3的巷道內(nèi)流速減小，兩孔最大流速位肯上升,其原因是堵水膜袋已在CJW1-1鉆孔內(nèi)填充了部分巷道底部過水?dāng)嗝?巷道原始斷面約2mx2m)，表明第一次堵水已達(dá)到一定效果。位于CJW1-1鉆孔下游的CJW1-2鉆孔從流速沿高度分布情況看，在超出巷道頂Im左右高度的探孔內(nèi)有信號顯示，此處可能是巷道頂部有部分坍塌，具體情況須采取其他措施進(jìn)一步查明。(3) 從第二次膜袋堵水過程中CJ

18、W1-2的流速監(jiān)測和堵水后的CJW1-1觀測成果分析，較第一次堵水后的流速變化不大,堵水效果不太明顯。第三次采用小膜袋堵水，從出水【I觀察效果也不明顯,沒有實(shí)施流速觀測。通過改進(jìn)施工方法后迅速堵水成功。(4) 探測過程中,CJW1-1,CJW1-2孔內(nèi)流速不穩(wěn)定，表明鉆孔內(nèi)水流處于紊流區(qū)間，可能是鉆孔靠近巷道邊壁或該處巷道斷而突變。CJW1-3及68二69的孔內(nèi)流速都比較穩(wěn)定。(5) 根據(jù)堵水前孔內(nèi)巷道流速(0.33m/s)和巷道過流面積(約4n?),初步推算探測期間漏水址大約在1.21.5n?/s之間，與此時(shí)出水量大致吻合;根據(jù)示蹤劑從探孔投放到逸出點(diǎn)的時(shí)間間隔(約50min),可推算流程接

19、近1000m,比兩點(diǎn)之間的直線長度約800m稍長一些，這也是合理的。7結(jié)論本項(xiàng)F1鉆孔流速測量成果可直接反映出鉆孔內(nèi)水流情況，采用的測量技術(shù)方案可行，對成果的分析符合水力學(xué)原理以及工程實(shí)際情況。流速測量:成果可為探查滲漏通道、堵水設(shè)計(jì)及施工提供重要的參考依據(jù)。流速測量:表明：(1) 實(shí)施流速探測有利于科學(xué)、順利地實(shí)施工程搶險(xiǎn)，便于及時(shí)評價(jià)工程實(shí)施效果和該進(jìn)施工措施。(2) 鉆孔滲漏探查工作和堵水施工措施效果明顯，方法可行，可為類似工程提供流速探測手段。(3) 鉆孔流速測量為成功堵水發(fā)揮了有效的作用，圓滿實(shí)現(xiàn)了探測的目的。(4) 該技術(shù)可用于病險(xiǎn)水庫及地下滲漏通道等滲漏工程的流速探測。參考文獻(xiàn)：1陳崇德，陳曉東，周莉，等.漳河水庫灌區(qū)灌溉管理現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)分析J1.中國水利,2008,19:48-50.2蔡瑩.水F管涌探測儀介紹C.全國水利水電工程安全評價(jià)及病者治理技術(shù)交流會(huì)論文集,武漢：長江水利委員會(huì),2004：572-575.(編輯：曾小漢)DetectionofLeakingVelocityinCollieryUnderpassonLeftSideofZhangheR