趙莊二號井2314回采工作面富水陷落柱注漿加固實(shí)踐

時(shí)靜修

（晉煤集團(tuán)晟泰公司礦山技術(shù)服務(wù)分公司，山西 晉城 048000）

0 引言

陷落柱是煤系奧陶巖層經(jīng)地下水溶掏蝕后，形成的大面積空洞[1]，在煤系地層中，陷落柱限制了煤礦的快速安全生產(chǎn)。對于富水陷落柱的處理往往選擇優(yōu)化采礦方法來避開陷落柱區(qū)域，實(shí)現(xiàn)快速推進(jìn)通過該區(qū)域[2-3]，或者采用超前預(yù)裂爆破技術(shù)來通過富水陷落柱[4-5]。但是復(fù)雜區(qū)域難以完成快速的搬家倒面工作，且要重新施工巷道，工程量較大，造成采面停產(chǎn)；此外，運(yùn)用超強(qiáng)預(yù)裂爆破技術(shù)時(shí)，難以控制爆破對圍巖的損傷，可能會帶來圍巖控制困難以及突水等新問題。因此，現(xiàn)階段工作面過陷落柱時(shí)需要在對陷落柱區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的同時(shí)進(jìn)行注漿加固來控制圍巖[6-10]，特別在大采高、大傾角工作面運(yùn)用注漿加固技術(shù)通過富水陷落柱的實(shí)踐成功更加表明該技術(shù)成熟，治理有效[11-12]。本文針對趙莊二號井2314回采工作面過JDX6富水陷落柱問題，設(shè)計(jì)采用注漿加固方法對陷落柱進(jìn)行處理，以達(dá)到安全生產(chǎn)目的。

1 工程概況

2314工作面23142巷220～340m以北15m處發(fā)育JDX6陷落柱（長軸：230m，短軸：140m），如圖1所示。根據(jù)物探、鉆探以及化探測試結(jié)果，JDX6陷落柱導(dǎo)富水較強(qiáng)。截止2016年2月底，總疏放水量約45000m3，涌水量大，水源復(fù)雜。另外，該陷落柱水源主要是來自頂板的K砂巖水、K8砂巖水以及底板的K5灰?guī)r水。鉆探期間陷落柱預(yù)計(jì)正常涌水量15～25m3/h，最大涌水量55 m3/h。現(xiàn)巷內(nèi)共3個(gè)水倉，共鋪設(shè)有兩趟排水管路（4寸、6寸），1號水倉內(nèi)有兩臺15kW潛水泵（一用一備），2號水倉內(nèi)有兩臺15kW潛水泵（一用一備）,3號水倉內(nèi)有兩臺37kW離心泵（一用一備），且巷內(nèi)右?guī)途兴疁?，水能順利流入水倉內(nèi)，排水能力能夠滿足設(shè)計(jì)的最大涌水量。

2 注漿加固方案設(shè)計(jì)

圖1 陷落柱位置圖

2.1 施工位置選擇

本次注漿施工在23142巷內(nèi)進(jìn)行施工。23142巷總設(shè)計(jì)施工長度為949.3m。巷道為全煤巷，斷面形式采用矩形斷面，支護(hù)形式為錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，巷道凈寬4.3m，凈高3m。巷內(nèi)左幫敷設(shè)有風(fēng)水管路，右?guī)蛻覓煊须娎|、信號線等，巷中鋪設(shè)有一部軌道（后期釘?shù)?，安裝絞車至注漿鉆場處），此巷為全負(fù)壓通風(fēng)巷道。

2.2 鉆孔施工原則

遵循“突出重點(diǎn)，兼顧一般”的原則，先按鉆孔終孔位置在灰?guī)r中30m的擴(kuò)散半徑均勻分布工作面范圍基礎(chǔ)上適當(dāng)加密布置注漿鉆孔：

1）工作面距離陷落柱邊界較近的區(qū)域位置;

2）陷落柱附近23142巷拐彎處，應(yīng)力最集中的區(qū)域；

3）已施工注漿鉆孔探查出的富水區(qū)域。

2.3 鉆孔工程布置

鉆孔工程布置分兩類，第一類鉆孔為采場側(cè)幫底板方向陷落柱加固鉆孔，共布置12個(gè)注漿鉆孔，3個(gè)檢查兼補(bǔ)充注漿鉆孔，平面上鉆孔落點(diǎn)位置呈不規(guī)則梅花形；第二類鉆孔為沿順層側(cè)幫及頂板方向布置的圍巖加固鉆孔，剖面上鉆孔軌跡呈扇形布置，共20個(gè)鉆孔。如圖2、圖3所示。

圖2 JDX6陷落柱底板注漿加固鉆孔布置圖

2.4 鉆孔結(jié)構(gòu)

注漿鉆孔主要采用ZDY1250型全液壓鉆機(jī)或ZDY-2000S煤礦用全液壓坑道鉆機(jī)施工。分3步驟進(jìn)行。

圖3 JDX6陷落柱順層及頂板注漿加固鉆孔布置圖

1）開孔進(jìn)入新鮮完整基巖5m，下入Φ146mm地質(zhì)孔口管，水泥盤麻固管；

2）繼續(xù)鉆進(jìn)進(jìn)入底板12m，下入Φ108mm止水套管，用水泥盤麻做止水固管；

3）開裸孔Φ73mm進(jìn)入終孔層位，洗孔觀測孔內(nèi)靜止水位。注漿孔孔結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 鉆孔結(jié)構(gòu)圖

2.5 注漿設(shè)備及材料

2.5.1 主要設(shè)備

主要注漿設(shè)備包括：ZBY1.8/12.0-11型煤礦用液壓雙液注漿機(jī)、ZDY1250型全液壓鉆機(jī)、ZDY-2000S煤礦用全液壓坑道鉆機(jī)等

2.5.2 注漿材料

1）膠結(jié)材料主要成分為32.5#普通硅酸鹽水泥及粉煤灰。其中粉煤灰為細(xì)粉煤灰，砂為當(dāng)?shù)禺a(chǎn)中細(xì)沙，粒徑根據(jù)鉆孔實(shí)際揭露情況確定。

2）早強(qiáng)劑為0.03～0.05%三乙醇胺、0.3～0.5%食鹽。

設(shè)備及材料具體參數(shù)見表1。

表1 注漿設(shè)備及材料一覽表

2.6 施工作業(yè)方法及工藝

2.6.1 作業(yè)方法

安全檢查→敲幫問頂→定眼→開孔注管→壓力檢驗(yàn)→鉆進(jìn)→注漿→下一次鉆進(jìn)→注漿（不斷重復(fù)進(jìn)行至終孔）→清理現(xiàn)場。

2.6.2 施工工藝

1）每次注漿前，均要進(jìn)行壓水。壓水試驗(yàn)成果以吸水率q表示：

式中：q為吸水率，L/min.m2；Q為壓入流量，L/min；P為壓力，MPa；L為受注層段長度，m。

2）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對漿液類型、濃度進(jìn)行確定。根據(jù)實(shí)際情況，對漿液濃度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

3）每次注漿結(jié)束后均要向孔內(nèi)進(jìn)行壓水，壓水量為管路與孔內(nèi)體積之和的兩倍。

4）要對壓水試驗(yàn)及注漿過程進(jìn)行詳細(xì)記錄，為下一步施工提供依據(jù)。

3 效果檢驗(yàn)

3.1 鉆孔檢驗(yàn)

注漿結(jié)束后實(shí)施4個(gè)檢驗(yàn)孔，取芯檢驗(yàn)注漿加固效果并實(shí)施水壓、水量檢測，結(jié)果如下：

1）經(jīng)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)孔取得巖芯充填效果明顯，巖芯完整度達(dá)70%，說明注漿對陷落柱圍巖起到較好的封堵加固作用。

2）通過水壓、水量檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：注漿加固后測定最大水壓為0.26 MPa，出水量最大為4.4 m3/h，與注漿前測得最大水壓0.96 MPa，最大水量為60 m3/h相比，效果明顯。表明漿液有效封堵裂隙通道，其導(dǎo)水連通性得到較好控制。

3.2 工程檢驗(yàn)

未進(jìn)行注漿加固過陷落柱時(shí)，工作面會出現(xiàn)煤壁片幫、冒頂?shù)葐栴}如圖4（a）所示；在32個(gè)注漿孔注漿完成后，經(jīng)檢驗(yàn)后在2314工作面過JDX6陷落柱時(shí)，圍巖控制情況遠(yuǎn)好于未進(jìn)行注漿加固時(shí)，如圖 4（b）所示。

圖4 工作面現(xiàn)場情況圖

4 結(jié) 論

1）針對趙莊二號井2314回采工作面過富水陷落柱提出了運(yùn)用注漿加固的方法來進(jìn)行防控。根據(jù)實(shí)際采礦地質(zhì)條件設(shè)計(jì)施工32個(gè)注漿孔，孔口直徑73mm。

2）注漿后經(jīng)鉆孔檢驗(yàn)注漿后巖體膠結(jié)完整，裂隙封堵情況良好；在過JDX6陷落柱注漿加固區(qū)時(shí)，煤壁片幫小，頂板控制情況良好，工作面回采順利。