煤礦工作面出水封堵及斷層加固技術實踐

彭功強 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實踐

彭功強 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,成功實現了對工作面出水的封堵,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巖巖溶裂隙承壓水，次為頂板砂巖孔隙裂隙承壓水。整個礦區處于區域地下水的徑流區，存在較多斷裂徑流通道，其導水性強，水量豐富。礦井二1煤層礦床水文地質勘查類型是以底板巖溶裂隙充水為主的水文地質條件復雜型礦床。

1 采區地質概況

21采區位于超化井田中部東翼，為單斜構造，煤層傾向230°，傾角9°～28°，采區內部發育多條近東西走向、小落差、高角度正斷層，其中21091工作面下付巷在掘進時已揭露數條斷層。

2 工作面出水情況

為保證工作面回采期間安全，在21091工作面回采前需對其進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，下付巷12＃鉆場4號孔鉆進47.9米，發生鉆孔導引L5～6灰巖層以下水誘發了斷層出水，出水點位于12＃鉆場里幫幫頂。1月8日出水量穩定在90m3/h左右。

同時間，下付巷17＃鉆場16號孔鉆進55.5米，進入L5～6灰巖2.5米，鉆孔出水量55m3/h。通過注漿和聯通試驗分析：16號孔出水與12＃鉆場4號孔、新增13＃鉆場西幫梁窩淋水有聯通關系。而16＃鉆場9號孔、10號孔在進入L5灰巖注漿時引起了下付巷底鼓1.3米。

截止21日7點下付巷總水量穩定在230m3/h左右。

3 出水封堵、斷層加固設計方案

3.1 出水分析

該工作面的3個出水點、1個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個出水點的出水與揭露L5灰巖的2個鉆孔有直接關系。在出水后，距離出水點最近的水位監測孔水位從+111.51降至+111.24米，下降了0.27米。

綜合分析此次出水水源為L5灰以下灰巖巖溶裂隙水。根據地層、構造、巷道位置、鉆孔、注漿和聯通試驗等情況分析，導水通道應該為F3、F7斷層及其伴生斷層帶和伴生裂隙帶。下付巷16＃鉆場9號孔、10號孔注漿引起的下付巷底鼓，也是通過F3斷層帶導水造成的。

3.2 出水封堵、斷層加固設計方案

根據資料分析，該處斷層裂隙發育、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的封堵，針對這些特點，本次加固堵水工程的設計方案基本思路為：

(1)重點對L5灰巖斷層破碎帶進行注漿改造，充填裂隙和溶隙，使L5灰巖在斷層附近變為隔水層或弱含水層；同時，注漿改造L5灰巖的鉆孔在穿越L7灰巖時先對L7灰巖進行改造。(2)F7斷層為F3斷層的次級構造，設計鉆孔均在不同部位穿過F7斷層帶，也對F7斷層進行加固。通過對F3、F7斷層深部和淺部雙層注漿、充填斷層帶裂隙，來改變斷層帶的富水性，使斷層不再成為導水通道。(3)通過注漿改造，提高斷層帶的承壓強度，從而實現加固斷層的目的。(4)總加固深度控制在煤層底板下50米。(5)加固后預期效果堵水率大于90%，F3、F7斷層加固段回采不出水。

根據斷層及煤巖層的空間分布特點、斷層破碎帶和徑流帶的相對位置，結合井下實際情況，此次堵水布置1＃、2＃、3＃共3鉆場，其中3＃鉆場需新掘約20米堵水巷。

其中1＃鉆場和2＃鉆場分別布置5個孔，3＃鉆場布置8個孔，各孔終孔位置均為L5灰巖底板。后期為檢驗堵水及加固效果，并對F3、F7斷層破碎帶進一步加固，在2＃鉆場另布置6個檢查孔，在3＃鉆場布置7個檢查孔，各檢查孔終孔位置為L7～8灰巖底板，檢驗的同時再次加固。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；先加固距出水點較遠的位置，后加固距出水點較近處，引流注漿。

4 堵水注漿

注漿過程中采用“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，根據注漿量和水量變化情況，進行選擇性注漿。

(1)粘土-水泥漿：由單液純粘土漿加入不同數量的水泥，制成粘土-水泥漿，由于其具有較好的可灌性、抗滲性和可塑性，用來加固斷層帶、充填灰巖溶隙使用，粘土與水泥的比重可以根據需要隨時加以調整。(2)水泥漿+鋸末：在注入骨料封堵出水點時，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壓注。利用其凝膠時間斷、結石率高的特性，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：在堵水過程中，漿液配比是堵水成功與否的關鍵，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場進行配比凝膠試驗，根據初凝時間、目的層的吸漿量及孔內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，在淺部注漿時取低值。注漿期間，注意觀察鄰近各孔，掌握其變化及有無竄漿、竄水情況，以了解漿液的擴散范圍和方向，并根據現場情況隨時調整注漿壓力。

5 效果檢驗

在對21091工作面出水封堵和斷層加固過程中，鉆孔累計進尺1720m，注入水泥435t，注入粘土量540t，整個加固工程結束后，下付巷水量穩定在35m3/h。通過對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度，最終實現了該工作面的安全回采，提高了資源利用率。

6 結語

此次工作面出水成功封堵，為我們在注漿堵水工作方面積累了寶貴的實踐經驗，取得了良好的經濟效益和社會效益。但也為我們今后的工作敲響了警鐘，使我們更加意識到在地質防治水工作中嚴格按照有關規定執行的重要性，完善可靠的地下水位觀測系統，全面的地質及水文地質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。

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(1982-),男,河南周口人,助理工程師。