上灣煤礦51208面防止突水潰沙技術(shù)方案探討

文/韓克勇

上灣煤礦是神華神東煤炭分公司下屬的年產(chǎn)千萬噸煤礦之一，位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗烏蘭木倫鎮(zhèn)境內(nèi)。1987年8月開工建設(shè)，2003年11月1日投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為800萬噸/年，2007年實(shí)際生產(chǎn)能力達(dá)1250萬噸/年。上灣煤礦創(chuàng)建了世界第一個(gè)千萬噸綜采工作面和國內(nèi)第一個(gè)大采高（5.5米）300米加長工作面，并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)綜采隊(duì)連續(xù)3年年產(chǎn)超千萬噸、月產(chǎn)109.5萬噸等多項(xiàng)世界紀(jì)錄。

一、51208工作面基本概況

51208工作面開采1-2煤。該工作面北面下部為2-2煤52301L旺采工作面采空區(qū)；南面為1-2煤51101L旺采工作面采空區(qū)；西面為1-2煤西二盤區(qū)大巷；東面為2-2煤大巷，距離2-2煤輔運(yùn)大巷50m。工作面走向長98m，傾斜長943.7m。地質(zhì)儲(chǔ)量約69萬t。

51208工作面切眼相對(duì)地表為黑炭溝西岸坡頂，與黑炭溝溝底相距280m，黑炭溝內(nèi)無地表流水。工作面中部距切眼258～314m范圍內(nèi)地表有白家渠自西北向東南斜穿而過，雨季地面溝流一般只有1～2m3/h，旱季斷流。

二、51208工作面地質(zhì)特征

該工作面地質(zhì)條件變化大，存在突水潰沙危險(xiǎn)的地段為51208工作面切眼至白家渠段，具有以下特征：

含水層厚：根據(jù)白家渠溝底sb27觀測孔資料顯示，含水層厚度為20.3m。1-2煤上覆基巖薄，且有風(fēng)化現(xiàn)象：切眼處基巖厚16～42m，白家渠段基巖厚度為11～33m，均在導(dǎo)水裂隙帶高度（48.7m）內(nèi)，白家渠甚至在冒落帶高度（13.96m）內(nèi)。1-2煤層頂板松軟：為I類—易冒落的松軟頂板。松散層厚度相對(duì)較大：切眼處為17～33m，白家渠為8～13m,巖性為風(fēng)積沙或泥質(zhì)砂土。

由于工作面具有如上特點(diǎn)，白家渠段和切眼段在工作面采動(dòng)后，上方含水層內(nèi)的水會(huì)通過導(dǎo)水裂隙進(jìn)入工作面，亦可能有流沙潰入井下的危險(xiǎn)。為保證51208工作面切眼至白家渠段回采時(shí)的安全生產(chǎn)，經(jīng)神東煤炭分公司專題會(huì)議研究，決定對(duì)51208工作面采取安全技術(shù)措施。

三、51208工作面探放水工程

51208工作面探放水工程針對(duì)切眼至白家渠段回采有突水潰沙危險(xiǎn)的地段，采用“上抽下放”的原則對(duì)松散層水進(jìn)行處理，包括地表鉆探工程和井下鉆探工程兩部分。

1.地表鉆探工程

自2007年年初，地表鉆探工程共施工抽水井、長期水文觀測孔、直通式泄孔、松散層調(diào)查孔等各類鉆孔11個(gè)。

施工抽水井2個(gè)，是為了將井內(nèi)散層水向外抽排，并通過抽水試驗(yàn)獲取水文地質(zhì)參數(shù)。在對(duì)井1及井2進(jìn)行抽水試驗(yàn)時(shí)，2個(gè)水井在地面抽水時(shí)水量不到1m3/h，說明松散層中泥、砂質(zhì)含量高，滲透性差。故沒有進(jìn)行地表疏放水，而改為在井下打鉆泄水。

施工長期水文觀測孔5個(gè)，是為了探明含水層厚度，并隨時(shí)掌握含水層厚度的變化情況。

施工直通式泄孔1個(gè)，是因?yàn)榍醒厶幜芩^大，為了將該處的松散層水泄入井下，施工松散層調(diào)查孔3個(gè)，是為了查明松散層厚度，并以此推算出基巖厚度。以上所有鉆孔均有此作用。

地表施工的所有鉆孔均達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。

2.井下鉆探工程

施工疏放水鉆孔，對(duì)含水層水進(jìn)行提前疏放。

自2007年3月12日至11月3日，在51208工作面井下累計(jì)施工泄水孔66個(gè)，單日最大涌水量95m3/h，單孔最大涌水量為49.7m3/h。從7月初以來，泄水孔水量穩(wěn)定保持在15m3/h左右，截至2008年2月21日,泄水孔涌水量為11m3/h，超過0.5m3/h的鉆孔僅有4個(gè)，多數(shù)鉆孔已無水或淋水。表明松散層中地下水靜儲(chǔ)量已基本被疏干，現(xiàn)在各孔的水量應(yīng)該是來自補(bǔ)給量。累計(jì)泄水量約為16.3萬m3。

3.疏放水效果

根據(jù)地面水文孔觀測孔顯示，未疏放水前，井1孔含水層厚度為11.23m，井2孔含水層厚度為9.7m，觀1孔含水層厚度為7.1m，觀2孔含水層厚度為6.15m，觀3孔含水層厚度為6m，觀4孔含水層厚度為2.6m。根據(jù)11月2日觀測數(shù)據(jù)，白家渠溝內(nèi)井1、井2、觀1、觀4和切眼處觀6現(xiàn)含水層厚度均為0m，觀2、觀3孔被老鄉(xiāng)封堵無法觀測。據(jù)12月8日井下膠運(yùn)9#調(diào)車硐室補(bǔ)2孔壓力計(jì)觀測壓力計(jì)算，該孔上方現(xiàn)松散含水層厚度為0。從井下涌水量及觀測孔含水層厚度變化看，疏放水效果較明顯。

四、51208工作面冒落帶注漿加固工程

采用“探灌結(jié)合、注漿固結(jié)”的方法進(jìn)行。從地下水徑、補(bǔ)、排的規(guī)律和松散層室內(nèi)試驗(yàn)資料來分析，空隙率為0.5%。根據(jù)《三下采煤規(guī)程》中硬巖石冒落帶高度經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算防沙煤巖柱高度最大為24.87m。依據(jù)51208工作面基巖厚度等值線圖圈定加固范圍為51208工作面1-2煤上覆基巖厚度小于16m的含水區(qū)。基巖面標(biāo)高低于1135m的區(qū)域可能含水為本次工作的主要區(qū)域。處理高度為防沙煤巖柱高度再加1A（A為煤層采高，按5m考慮），單孔平均處理高度約10m。

注漿鉆孔間距采用6×6m，擴(kuò)散半徑大于3m。注漿管選用50mm袖閥管，灌漿材料為水泥及水拌和而成。水泥與水體積比為1∶0.3～0.4，先稀后稠。如空隙較小時(shí)加入素水泥漿1～5‰的三乙醇胺及聚丙稀酰胺。以泵壓4.50～5.0Mpa為注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。注漿方式采用袖閥管壓力劈裂注漿方法，跳孔間隔及全孔一次性注漿。

工程共完成鉆孔75個(gè)，鉆探累計(jì)進(jìn)尺1763.71m，注漿管累計(jì)長度1786.21m。注漿75個(gè)鉆孔，注漿體積1185m3，共用水泥353.55t，聚丙稀酰胺260.5kg，三乙醇胺59kg。工程結(jié)束后又隨機(jī)在注漿區(qū)域內(nèi)施工兩個(gè)鉆孔進(jìn)行注漿效果驗(yàn)證。從取芯效果分析，注漿高度范圍內(nèi)水泥漿已滲入松散層的孔隙、裂隙中，其顏色與沙土顏色差別明顯，呈灰白色。水泥漿與沙土已形成固結(jié)體，難以用手直接掰碎，固結(jié)體硬度大于原松散層沙土的硬度。

在工作面過薄基巖段回采期間，注漿區(qū)域無漏沙現(xiàn)象，注漿效果顯著。但在注漿區(qū)域邊緣發(fā)生過兩次少量漏沙現(xiàn)象，地表出現(xiàn)大坑。

五、結(jié)論

經(jīng)過51208工作面井下疏放水、地面注漿加固安全措施，加之礦方對(duì)頂板的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施，使得工作面在回采薄基巖段期間，未發(fā)生突水潰沙和較大的漏頂事故，實(shí)現(xiàn)了安全回采。

在回采過程中發(fā)生過兩次少量漏沙現(xiàn)象，均為干沙，未對(duì)生產(chǎn)造成影響。相對(duì)應(yīng)的地表出現(xiàn)大坑，此兩處正是白家渠地表注漿邊緣,如再增加注漿范圍會(huì)更加可靠。

從采后效果分析，提前進(jìn)行探放水工程和薄基巖注漿加固工程對(duì)于薄基巖下安全回采是可行的，對(duì)于神東礦區(qū)類似的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件下實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，有較好的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。