安里煤礦DF3斷層的探測及水害防治

李邵衛，宋海生，白利文

（華潤天能徐州煤電有限公司，河南 駐馬店 463000）

1 工程概述

安里煤礦為新建礦井，根據勘探報告，回風大巷距主井150m 處將要揭露DF3正斷層（見圖1）。

圖1 巷道布置與DF3斷層探測施工平面

2 地質、水文地質概況

2.1 水含（隔）水層

安里煤礦回風大巷標高為-470m，位于二疊系下石盒組底部與山西組交界處，充水來源主要為下石盒子組（P1x）下部的砂巖裂隙水（俗稱：砂鍋窯砂巖），巖性以中粗砂巖為主，厚度約19m。其含、導水性與裂隙發育程度、規模及裂隙的張開性有關，富水性較弱～中等，一般含水具可疏性，但受構造影響區域含水性、導水較好。其上下主要為中厚層砂質泥巖和薄層狀泥巖，裂隙發育，局部較破碎。

-475m 水平距上覆松散層（孔隙含水層Q+N、E）含水層約120m，距下伏太灰（L6）巖溶含水層40～69m，距奧灰巖溶含水層95～120m，一般情況下各含水層間均發育有以泥巖、砂質泥為主的良好隔水層，各主要含水層間水力聯系較弱。

2.2 充水水源

（1）砂巖裂隙類充水

砂巖位于巷道頂板時為頂板砂裂隙充水，當本層砂巖位于巷道底板時，可能發生底板砂巖裂隙充水。

（2）太灰巖溶類充水

回風大巷距下伏太灰L6灰巖巖溶含水層間距最小為40m，推測對回風大巷底板靜水壓力最大為5.43 MPa，計算回風大巷底板隔水層能夠承受的安全水壓如下：

式中：P為底板隔水層能夠承受的安全水壓，MPa；t為隔水層厚度，m，取最小值40m；L為巷道寬度，m，取4.2m；γ為底板隔水層的平均重度，MN／m3，取平均值0.023 MN／m3；Kp為底板隔水層的平均抗拉強度，MPa，取0.3MPa。

因此，一般情況下不會造成底板灰巖直接突水，但也不排除當巷道揭露強導水構造與下伏太巖溶溶水溝通時，發生太灰巖溶類充水的可能。

3 DF3斷層的探測

DF3斷層為一正斷層，走向近東西、北傾，傾角75°，落差H=20～35m。預計DF3斷層將與巷道圍巖砂巖裂隙水導通，形成良好的導水通道，為巷道掘進的重要水害隱患。

首先在距離DF3斷層30m 左右巷道工作面設置探水鉆場，設計5 個超前探測鉆孔（見圖2，1＃～5＃孔），采用TXU-150 型專用鉆機進行超前探查，查明掘進前方80 m、幫距20m、頂板上15m 和底板下15m 范圍巖層內水文地質條件。其中4＃、2＃和5＃孔用以查明DF3斷層的大致走向，1＃、2＃和3＃孔查明斷層大致傾向和傾角，為斷層的治理提供可靠依據（見圖2、圖3、圖4）。

圖2 總回風巷過DF3斷層探水注漿鉆孔布置斷面

圖3 總回風巷過DF3斷層探水注漿鉆孔布置平面

圖4 總回風巷過DF3斷層探水注漿鉆孔布置剖面

4 巷道注漿

根據1＃～5＃鉆孔探測情況，鉆孔均出水，涌水量5～34m3／h，水壓2.0 MPa，DF3斷層導水性好，推測斷距約10m。巷道掘進難以正常通過，特另外補充鉆孔（6＃～10＃）采用一臺2TGZ-60／210型注漿泵進行帷幕注漿。

1）注漿孔數目與布置。

根據DF3斷層含、導水性與巷道設計空間位置，為形成較好的注漿帷幕，采用沿巷道輪廓線均勻布孔方案（見圖2、圖3、圖4），本次包括探水鉆孔共設計10個孔，其中8＃孔為效果檢驗孔。

2）注漿方式采用壓入式注漿。

就是把漿液直接壓入注漿孔充填裂隙，這種方式注漿速度快，壓力高，漿液充填密實，結石體強度高，可注入細小裂隙。

另外施工時，采用分段前進式注漿，就是從工作面鉆孔至斷層導水帶開始，根據鉆孔出水情況，鉆一段孔，注一段漿，反復交替進行，直至通過導水斷裂帶至設計孔深。

3）注漿段長。

本次注漿段長為80m，允許掘進60m。

4）漿液擴散半徑的預計。

注漿過程中漿液的擴散半徑隨著巖層構造條件，巖層滲透系數、裂隙率及裂隙寬度、注漿壓力、注漿時間而增大，隨著漿液濃度增加而減小。由于漿液在裂隙中的擴散實際上是不規則的，所以從理論上很難精確計算。根據DF3斷層導水性，推測本次注漿段斷裂構造發育，漿液擴散半徑順構造裂隙方向較大。

5）漿液性質及配比。

工作面注漿一般采用單一水泥漿，固管采用水泥-水玻璃雙液漿，漿液比例根據注漿吸漿量調整。

6）注漿終壓。

為確保注漿效果，本次注漿終壓取靜水壓力的4 倍，即8.0 MPa。

注漿終壓的判斷依據：注漿壓力達到8.0 MPa，注漿量不大于10L／min，持續時間不少于20min。

7）效果檢驗。

在其它注漿孔施工結束后，施工8＃孔，作為效果檢驗孔進行注漿效果檢驗，在8＃孔無水或水量小于1.0m3／h時，即結束本次注漿，否則另補孔補注。

5 施工結果

1）本次DF3斷層的探測與注漿施工共用時19天，施工結果見表1。

表1 回風大巷過DF3斷層探水注漿施工統計

2）本次施工區域主要為砂巖和砂質泥巖，施工鉆孔均有出水，出水段深度在34～57 m，最大涌水量38 m3／h。下伏鉆孔涌水量較小，最小1.0m3／h。推測總回風巷前方發育DF3斷層，斷層具良好導水性，水源以下石盒子組砂巖裂隙水為主，與下伏太灰水無水力聯系。

3）恢復掘進后，巷道掘進揭露斷層區域與鉆探探測出水區域基本一致，同時也與勘探報告資料基本吻合。斷層帶注漿后巷道掘進基本無淋水，實現無水掘進，保證了巷道工程質量，同時也為工人創造了良好的工作環境。

6 結語

1）斷層導水性取決于諸多因素，首要是斷層的性質、落差、斷距大小、斷層帶的物質組成、破碎程度及膠結狀態，其次是斷層兩盤的巖性，主要含水層的富水性，水頭值大小，另外，采掘活動也能改變斷層的導水性。

2）DF3斷層為該礦首次遇到的主要斷裂構造，其探測與注漿封堵措施，對其它斷裂構造的探測與防治具有一定參考價值。