井下回采工作面頂板突水點(diǎn)帷幕注漿堵水技術(shù)研究

王 楊

（汾西礦業(yè)礦山救護(hù)大隊(duì)，山西 孝義 032300）

引言

井下突水會給煤炭開采效率以及作業(yè)人員生命健康等帶來較大威脅[1-2]。根據(jù)已有研究成果，煤層頂板水以靜儲量為主，具有易疏干、水量小等特點(diǎn)，水源多為礫巖含水層、砂巖含水層等導(dǎo)水通道為多為裂隙或者地質(zhì)構(gòu)造[3-5]。一般采用疏排方式進(jìn)行治理，但當(dāng)突水點(diǎn)與其他水源存在水力聯(lián)系時(shí)，采用疏排方式難度大、耗時(shí)長，而注漿封堵切斷涌水裂隙時(shí)最為合適的處理方式[6-8]。為此，文中就山西某礦3601 綜采工作面頂板突水點(diǎn)防治為工程背景，依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，提出采用帷幕注漿方式對采面突水進(jìn)行治理，現(xiàn)場取得較好應(yīng)用效果。

1 工程概況

3601 綜采工作面位于3 采區(qū)西側(cè)，主采6# 煤層。3601 工作面為該采區(qū)首采工作面，采面傾向長200 m、走向長685 m，煤層埋深均值460 m，開采的6#煤層厚度平均4.8 m。采面在回采期間頂板淋水主要來源于上覆大占砂巖含水層，依據(jù)生產(chǎn)揭露情況以及抽水試驗(yàn)得出，鉆孔單孔涌水量介于0.002 5 L/（s·m）～0.129 L/（s·m）、滲透系數(shù)0.001 29 m/d～0.207 m/d。在3601 工作面回采巷道、切眼等掘進(jìn)期間頂板水以滴淋方式進(jìn)入到采掘空間，化驗(yàn)得到該水化學(xué)類型屬于HCO3-Na，與采面切眼相距200 m 的小煤窯采空區(qū)內(nèi)水化學(xué)類型一致。采面切眼西側(cè)200 m 位置存在小煤窯采空區(qū)，停采時(shí)間已超過8 a，小煤窯回采空間存在有老空水，預(yù)計(jì)小煤窯淹沒區(qū)面積、水量分別為56.9 萬m3。

在3601 回采巷道掘進(jìn)期間為避免誤揭小煤窯采空區(qū)，并確保隔水煤柱可靠性。在采面回采巷道掘進(jìn)期間，布置超前鉆孔探測小煤窯采空區(qū)，探測鉆孔均未穿透下煤窯老巷。超前探測鉆孔孔口水壓0 MPa～1.3 MPa、鉆孔涌水量0 m3/h～32.1 m3/h。施工的探測鉆孔涌水量共計(jì)153.6 m3/h。探測鉆孔個(gè)別鉆孔涌出量可達(dá)到32.1 m3/h，水質(zhì)類型與小煤窯采空區(qū)一致，表明超前探測鉆孔終孔已接近小煤窯采空區(qū)影響范圍內(nèi)；超前探測鉆孔均為穿透老巷，注漿壓力可升至8 MPa，表明鉆孔為進(jìn)入到小煤窯采空區(qū)。

2 工作面突水點(diǎn)帷幕注漿封堵

帷幕注漿是增強(qiáng)巖體抗?jié)B能力的一種常用技術(shù)方法，是通過鉆孔注漿使得各個(gè)鉆孔漿液相互搭接形成類似帷幕擋水結(jié)構(gòu)，以便實(shí)現(xiàn)突水點(diǎn)封堵，從而實(shí)現(xiàn)防滲、堵水目的。根據(jù)3601 綜采工作面現(xiàn)場實(shí)際情況，判定采面突水水源源于鄰近小煤窯采空區(qū)積水，導(dǎo)水通道為煤層頂板裂隙以及砂巖含水層。為此，提出采用帷幕注漿對導(dǎo)水通道進(jìn)行封堵，切斷小煤窯采空區(qū)積水進(jìn)入3601 綜采工作面通道。

2.1 探查鉆孔注漿封堵

在回采巷道內(nèi)分別2 鉆場，在鉆場內(nèi)鉆孔扇形布置，布置18 個(gè)鉆孔（14 個(gè)注漿鉆、4 個(gè)檢驗(yàn)鉆）。前期理論計(jì)算得到的隔水巖（煤）柱寬度為48.96 m，為提高導(dǎo)水通道封堵效果，施工的注漿鉆孔在切眼西側(cè)30 m、50 m 位置分別形成隔水帷幕。導(dǎo)水裂隙最大長度為58.2 m，為確保煤層頂板砂巖層有效注漿，注漿孔終孔位于煤層頂板50 m～70 m 處。

根據(jù)礦井以往注漿鉆孔施工經(jīng)驗(yàn)，單個(gè)鉆孔注漿有效擴(kuò)散半徑可達(dá)到10 m～30 m，設(shè)計(jì)的注漿鉆孔間隔為10 m～20 m，檢測孔間隔為60 m～70 m，具體鉆孔布置如下頁圖1 所示。

圖1 帷幕注漿鉆孔布置示意圖

注漿鉆孔共計(jì)布置2 級套管，用Φ133 mm 鉆頭鉆進(jìn)11 m 并下放10 m、Φ127 mm 套管，后固結(jié)套管；采用Φ113 mm 鉆頭鉆進(jìn)21 m，下放20 m 長、108 mm管徑套管；最后鉆孔終孔孔徑控制在75 mm 以內(nèi)。止水套管接箍位置錯(cuò)開500 mm。套管固結(jié)后透孔穿過套管外1 m～1.5 m 并進(jìn)行試壓，一級、二級套管分別用2 MPa～3 MPa、4 MPa 試壓，穩(wěn)壓30 min 不漏水為合格。

注漿漿由普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、黏土等混合物并添加一定量水組成，為確保注漿效果，取壓力為2 倍靜水壓力，具體將注漿壓力取4 MPa。注漿遵循先稀后稠原則，注漿前期將注漿漿液比重控制在1.0～1.2，若注漿期間壓力不升壓或者注漿量較大時(shí)，則將注漿漿液比重增加至1.33～1.35。鉆孔終孔注漿壓力控制在4 MPa 且穩(wěn)壓30 min 以上時(shí)可停止注漿。

2.2 注漿效果分析

為掌握注漿效果，對注漿完后進(jìn)行透孔檢查水量，透孔后水量應(yīng)在5 m3/h 以內(nèi)，否則應(yīng)進(jìn)行二次注漿封堵。在3601 綜采工作面共計(jì)布置18 個(gè)鉆孔，總進(jìn)尺深度為3 085 m，現(xiàn)場共計(jì)注入普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、黏土等混合物共計(jì)8 569.25 t?，F(xiàn)場布置的檢查、對原鉆孔透孔后鉆孔出水量均在5 m3/h 以內(nèi)，表明現(xiàn)場帷幕注漿取得較好的堵水效果。

對帷幕注漿期間采面涌水量、鉆孔注漿量以及臨近小煤窯采空區(qū)水位等進(jìn)行監(jiān)測，具體監(jiān)測曲線見圖2 所示。從圖中看出，在開始帷幕注漿前，臨近小煤窯采空區(qū)內(nèi)水位由呈不斷降低趨勢，同時(shí)采面涌水量較大，最大可達(dá)到260 m3/h；隨著采面注漿量逐漸增加，采面涌水量不斷降低，臨近小煤窯采空區(qū)積水高度則呈增加趨勢后逐漸趨于穩(wěn)定。

圖2 采面涌水量、鉆孔注漿量以及臨近小煤窯采空區(qū)水位監(jiān)測曲線

通過檢驗(yàn)鉆孔涌水量、采面涌水量以及小煤窯采空區(qū)積水高度判斷，通過采用帷幕注漿技術(shù)可實(shí)現(xiàn)滲水通道封堵，避免出現(xiàn)突出問題。同時(shí)3601 綜采工作面在后續(xù)回采期間頂板淋水量控制在20 m3/h 以內(nèi)。

3 總結(jié)

1）通過綜合分析水位、水質(zhì)以及鉆孔水量、采面頂板含水層富水情況等綜合判定，礦井臨近小煤窯采空區(qū)積水為3601 綜采工作面頂板砂巖水補(bǔ)給，從而導(dǎo)致采面涌出量增大部分位置頂板出現(xiàn)突水。

2）封堵采面頂板導(dǎo)水裂隙通道是實(shí)現(xiàn)堵水的主要途徑，為此選擇采用帷幕注漿方式進(jìn)行封堵，并依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況對帷幕注漿鉆孔終孔高度、施工及注漿方案等進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場應(yīng)用后，采面頂板突水問題得以有效解決，后續(xù)采面回采過程中頂板淋水量控制在20 m3/h 以內(nèi)，帷幕注漿取得較好效果。