煤礦工作面出水封堵及斷層加固技術(shù)實(shí)踐

彭功強(qiáng) 李西鋒

(鄭州煤電股份有限公司超化煤礦,河南新密 452385)

煤礦工作面出水封堵及斷層加固技術(shù)實(shí)踐

彭功強(qiáng) 李西鋒

(鄭州煤電股份有限公司超化煤礦,河南新密 452385)

本文介紹了超化煤礦工作面斷層出水情況,通過(guò)分析此次出水原因和出水水源,制定出了堵水、斷層加固方案,采用合理的注漿工藝和方法,成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)工作面出水的封堵,消除了工作面底部承壓含水層的威脅,確保工作面安全回采。

工作面出水 方案 注漿

超化煤礦位于河南省新密煤田西南部、平陌-超化礦區(qū)東部，屬華北型地層。礦井主采二疊系山西組下部的二1煤層，平均厚度9.07m，屬較穩(wěn)定煤層，允許開采深度+60～-900m。

超化煤礦二1煤層主要充水水源為底板灰?guī)r巖溶裂隙承壓水，次為頂板砂巖孔隙裂隙承壓水。整個(gè)礦區(qū)處于區(qū)域地下水的徑流區(qū)，存在較多斷裂徑流通道，其導(dǎo)水性強(qiáng)，水量豐富。礦井二1煤層礦床水文地質(zhì)勘查類型是以底板巖溶裂隙充水為主的水文地質(zhì)條件復(fù)雜型礦床。

1 采區(qū)地質(zhì)概況

21采區(qū)位于超化井田中部東翼，為單斜構(gòu)造，煤層傾向230°，傾角9°～28°，采區(qū)內(nèi)部發(fā)育多條近東西走向、小落差、高角度正斷層，其中21091工作面下付巷在掘進(jìn)時(shí)已揭露數(shù)條斷層。

2 工作面出水情況

為保證工作面回采期間安全，在21091工作面回采前需對(duì)其進(jìn)行全部底板注漿改造。在2011年1月6日工作面回采至116米位置時(shí)，下付巷12＃鉆場(chǎng)4號(hào)孔鉆進(jìn)47.9米，發(fā)生鉆孔導(dǎo)引L5～6灰?guī)r層以下水誘發(fā)了斷層出水，出水點(diǎn)位于12＃鉆場(chǎng)里幫幫頂。1月8日出水量穩(wěn)定在90m3/h左右。

同時(shí)間，下付巷17＃鉆場(chǎng)16號(hào)孔鉆進(jìn)55.5米，進(jìn)入L5～6灰?guī)r2.5米，鉆孔出水量55m3/h。通過(guò)注漿和聯(lián)通試驗(yàn)分析：16號(hào)孔出水與12＃鉆場(chǎng)4號(hào)孔、新增13＃鉆場(chǎng)西幫梁窩淋水有聯(lián)通關(guān)系。而16＃鉆場(chǎng)9號(hào)孔、10號(hào)孔在進(jìn)入L5灰?guī)r注漿時(shí)引起了下付巷底鼓1.3米。

截止21日7點(diǎn)下付巷總水量穩(wěn)定在230m3/h左右。

3 出水封堵、斷層加固設(shè)計(jì)方案

3.1 出水分析

該工作面的3個(gè)出水點(diǎn)、1個(gè)底鼓段均分布在下付巷F3斷層及伴生斷層F7部位或附近。3個(gè)出水點(diǎn)的出水與揭露L5灰?guī)r的2個(gè)鉆孔有直接關(guān)系。在出水后，距離出水點(diǎn)最近的水位監(jiān)測(cè)孔水位從+111.51降至+111.24米，下降了0.27米。

綜合分析此次出水水源為L(zhǎng)5灰以下灰?guī)r巖溶裂隙水。根據(jù)地層、構(gòu)造、巷道位置、鉆孔、注漿和聯(lián)通試驗(yàn)等情況分析，導(dǎo)水通道應(yīng)該為F3、F7斷層及其伴生斷層帶和伴生裂隙帶。下付巷16＃鉆場(chǎng)9號(hào)孔、10號(hào)孔注漿引起的下付巷底鼓，也是通過(guò)F3斷層帶導(dǎo)水造成的。

3.2 出水封堵、斷層加固設(shè)計(jì)方案

根據(jù)資料分析，該處斷層裂隙發(fā)育、巖石破碎、隔水層薄、出水量大、水壓高，這些因素均不利于出水點(diǎn)的封堵，針對(duì)這些特點(diǎn)，本次加固堵水工程的設(shè)計(jì)方案基本思路為：

(1)重點(diǎn)對(duì)L5灰?guī)r斷層破碎帶進(jìn)行注漿改造，充填裂隙和溶隙，使L5灰?guī)r在斷層附近變?yōu)楦羲畬踊蛉鹾畬?；同時(shí)，注漿改造L5灰?guī)r的鉆孔在穿越L7灰?guī)r時(shí)先對(duì)L7灰?guī)r進(jìn)行改造。(2)F7斷層為F3斷層的次級(jí)構(gòu)造，設(shè)計(jì)鉆孔均在不同部位穿過(guò)F7斷層帶，也對(duì)F7斷層進(jìn)行加固。通過(guò)對(duì)F3、F7斷層深部和淺部雙層注漿、充填斷層帶裂隙，來(lái)改變斷層帶的富水性，使斷層不再成為導(dǎo)水通道。(3)通過(guò)注漿改造，提高斷層帶的承壓強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)加固斷層的目的。(4)總加固深度控制在煤層底板下50米。(5)加固后預(yù)期效果堵水率大于90%，F(xiàn)3、F7斷層加固段回采不出水。

根據(jù)斷層及煤巖層的空間分布特點(diǎn)、斷層破碎帶和徑流帶的相對(duì)位置，結(jié)合井下實(shí)際情況，此次堵水布置1＃、2＃、3＃共3鉆場(chǎng)，其中3＃鉆場(chǎng)需新掘約20米堵水巷。

其中1＃鉆場(chǎng)和2＃鉆場(chǎng)分別布置5個(gè)孔，3＃鉆場(chǎng)布置8個(gè)孔，各孔終孔位置均為L(zhǎng)5灰?guī)r底板。后期為檢驗(yàn)堵水及加固效果，并對(duì)F3、F7斷層破碎帶進(jìn)一步加固，在2＃鉆場(chǎng)另布置6個(gè)檢查孔，在3＃鉆場(chǎng)布置7個(gè)檢查孔，各檢查孔終孔位置為L(zhǎng)7～8灰?guī)r底板，檢驗(yàn)的同時(shí)再次加固。詳見圖1。

圖1

鉆孔施工順序采取先加固外段斷層，再加固里段斷層；先加固距出水點(diǎn)較遠(yuǎn)的位置，后加固距出水點(diǎn)較近處，引流注漿。

4 堵水注漿

注漿過(guò)程中采用“多種注漿材料，多種漿液配方，分層次、分階段，有選擇性的綜合注漿法”，針對(duì)不同的層段采用不同的注漿材料、漿液配比和不同的注漿工藝，根據(jù)注漿量和水量變化情況，進(jìn)行選擇性注漿。

(1)粘土-水泥漿：由單液純粘土漿加入不同數(shù)量的水泥，制成粘土-水泥漿，由于其具有較好的可灌性、抗?jié)B性和可塑性，用來(lái)加固斷層帶、充填灰?guī)r溶隙使用，粘土與水泥的比重可以根據(jù)需要隨時(shí)加以調(diào)整。(2)水泥漿+鋸末：在注入骨料封堵出水點(diǎn)時(shí)，水量明顯減少以后，可大泵量壓注濃水泥漿加鋸末等惰性材料，鞏固前段注漿效果，使水量進(jìn)一步減少。(3)水泥水玻璃速凝雙液漿：以不同水灰比的水泥漿與水玻璃同時(shí)壓注。利用其凝膠時(shí)間斷、結(jié)石率高的特性，在出水通道特別暢通，加注骨料一起作用起壓后，可以馬上采用水泥水玻璃雙液漿。

漿液配比：在堵水過(guò)程中，漿液配比是堵水成功與否的關(guān)鍵，水泥漿濃度一般采用比重1.3～1.5；粘土水泥漿比重1.4～1.6；雙液漿C：S體積比采用1：1～1：0.5。每次注漿前必須在注漿現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行配比凝膠試驗(yàn)，根據(jù)初凝時(shí)間、目的層的吸漿量及孔內(nèi)混合器的位置具體加以配制。

注漿壓力：此次加固、堵水壓力控制在3～6Mpa，在淺部注漿時(shí)取低值。注漿期間，注意觀察鄰近各孔，掌握其變化及有無(wú)竄漿、竄水情況，以了解漿液的擴(kuò)散范圍和方向，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況隨時(shí)調(diào)整注漿壓力。

5 效果檢驗(yàn)

在對(duì)21091工作面出水封堵和斷層加固過(guò)程中，鉆孔累計(jì)進(jìn)尺1720m，注入水泥435t，注入粘土量540t，整個(gè)加固工程結(jié)束后，下付巷水量穩(wěn)定在35m3/h。通過(guò)對(duì)該工作面底板巖溶裂隙注漿加固，增加了煤層底板隔水層厚度，提高了底板的抗壓強(qiáng)度，最終實(shí)現(xiàn)了該工作面的安全回采，提高了資源利用率。

6 結(jié)語(yǔ)

此次工作面出水成功封堵，為我們?cè)谧{堵水工作方面積累了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但也為我們今后的工作敲響了警鐘，使我們更加意識(shí)到在地質(zhì)防治水工作中嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定執(zhí)行的重要性，完善可靠的地下水位觀測(cè)系統(tǒng)，全面的地質(zhì)及水文地質(zhì)等原始資料的積累和收集整理、分析和研究，才是做好防治水工作的基礎(chǔ)。

This paper introduces the fault surface water in Chaohua Coal Mine, through analysis of the causes of water in the water source, the water shutoff, fault reinforcement scheme, the grouting technology and reasonable method, the successful implementation of the closure of water on the face, remove the face the threat of bottom aquifer, ensure the work safety mining.

surface water scheme grouting

彭功強(qiáng)(1982-),男,河南周口人,助理工程師。