九龍礦隱伏陷落柱探查和治理技術(shù)研究與應(yīng)用

武文清

摘 要：九龍礦煤層埋藏深、水壓高、礦山壓力大、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，礦井生產(chǎn)受煤層底板以下大青和奧灰等強(qiáng)含水層水的威脅非常嚴(yán)重。尤其是4號(hào)野青煤層，建礦以來(lái)曾開采過4個(gè)野青工作面，每一次開采都伴隨著底板出水的問題，2009年開采15423野青工作面時(shí)，曾發(fā)生底板奧灰突水淹井事故，造成了嚴(yán)重的損失。為此，在15445N野青試采工作面正式回采前，以區(qū)域超前治理奧灰含水層為重點(diǎn)工作內(nèi)容，并開展了大量工作面防治水治理工作，消除了煤層底板突水危險(xiǎn)性，實(shí)現(xiàn)深部地區(qū)工作面的安全回采，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、安全效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：奧灰含水層；區(qū)域超前治理；野青工作面；安全回采

中圖分類號(hào)： TD745 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2017）03-192-2

1 礦井簡(jiǎn)介

九龍礦井田位于鼓山背斜東翼，平面呈菱形狀，南北走向長(zhǎng)8km，東西傾斜寬2.5km，面積20.2km2。南部以F26斷層地塹與梧桐莊井田相隔，西部以F8正斷層與泉頭井田相望，北以F9斷層與羊東礦相隔，東部以2#煤層-900m等高線為技術(shù)邊界。礦井主采煤層為2#號(hào)煤和4#煤層，2#煤和4#煤的層間距為40～68m，4#煤層距離奧灰頂面110m，礦井水文地質(zhì)條件類型為極復(fù)雜型，地質(zhì)類型為極復(fù)雜型。

2 防治水技術(shù)創(chuàng)新

經(jīng)過20多年的開采，九龍礦淺部煤層已基本開采完畢，礦井生產(chǎn)的重心逐步向深部轉(zhuǎn)移。北翼深部地區(qū)大煤賦存較厚（平均為5.5m以上），可采儲(chǔ)量占全礦井2/3以上。但是由于北翼深部地區(qū)瓦斯賦存量高，且2號(hào)煤層具突出危險(xiǎn)性，因此開采4號(hào)（野青）保護(hù)層勢(shì)在必行。為了解決防治水技術(shù)難題，同時(shí)解決保護(hù)層開采問題，九龍礦決定采用地面區(qū)域治理的方法對(duì)奧灰含水層進(jìn)行注漿加固，封堵出水源頭，從根本上解決九龍礦深部煤層開采受水威脅的難題。為此確定了“地面區(qū)域治理，井下物探佐證、有異鉆探查驗(yàn)、注漿加固補(bǔ)強(qiáng)”的礦井防治水技術(shù)路線。

3 15445N工作面基本情況

15445N工作面為九龍礦復(fù)產(chǎn)以來(lái)，開采的首個(gè)野青保護(hù)層工作面，該工作面煤層賦存穩(wěn)定，平均厚度為1.6m，可采儲(chǔ)量13.9萬(wàn)t。工作面煤層底板最低標(biāo)高為-770m，奧灰含水層水位近三年最大值為+117m，4號(hào)煤層與奧灰含水層間距為100m，計(jì)算得T=0.098 MPa/m，根據(jù)《冀中能源峰峰集團(tuán)礦井防治水管理規(guī)定》第82條：“煤層底板完整塊段野青煤回采工作面T值不超過0.1MPa/m”規(guī)定的要求，計(jì)算值處于臨界值狀態(tài)，因此必須對(duì)工作面底板奧灰含水層進(jìn)行注漿加固改造。

4 15445N工作面防治水技術(shù)思路

由于九龍礦屬水文地質(zhì)條件極復(fù)雜型的大水礦井，從建礦至今，已經(jīng)開采了4個(gè)野青工作面，均發(fā)生不同程度的突水，且具有隨著開采深度增大，突水頻率和突水量有增大的趨勢(shì)。在開采15423N工作面時(shí)曾發(fā)生底板奧灰突水淹井事故，充分說明了防范煤層底板奧灰含水層突水的重要性。

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》及相關(guān)規(guī)程要求，并與集團(tuán)公司反復(fù)研究研究決定，以深部野青煤底板含導(dǎo)水構(gòu)造精細(xì)探查為中心，提前采取地面施工分支水平注漿孔的措施，對(duì)工作面范圍內(nèi)底板奧灰含水層頂面和局部大青灰?guī)r，進(jìn)行了鉆探查漏及注漿加固改造。

5 15445N工作面區(qū)域治理情況

地面區(qū)域治理技術(shù)是在地面施工鉆孔，到目標(biāo)層以上一定位置時(shí)進(jìn)行定向造斜，進(jìn)入目標(biāo)層位取平，沿層位平行鉆進(jìn)。并利用水平鉆孔，對(duì)奧灰含水層頂部導(dǎo)含水通道和裂隙進(jìn)行探查并注漿封堵，從突水源頭上進(jìn)行治理，將奧灰含水層頂部改造為相對(duì)隔水層，以減小底板突水概率。（圖1）

工作面地面范圍內(nèi)施工兩個(gè)注漿主孔（注1和注2），分支水平孔11個(gè)，合計(jì)鉆探進(jìn)尺7997.54米，通過水平鉆進(jìn)探查到明顯漏失點(diǎn)25個(gè)，合計(jì)注水泥67140t，粉煤灰10296t。（見表1和圖2）

6 15445N工作面防治水治理效果

通過井上下防治水綜合工程治理后，工作面掘進(jìn)期間沒有出現(xiàn)異常突水現(xiàn)象。地面施工分支水平注漿孔對(duì)工作面底板奧灰含水層的探查和注漿封堵，漿液在注漿壓力作用下，向下沿奧灰水補(bǔ)給通道擴(kuò)散、沉淀、結(jié)石堵塞或縮小導(dǎo)水通道，減少奧灰水對(duì)其他含水層的補(bǔ)給，向上沿煤層底板裂隙運(yùn)動(dòng)、沉淀、結(jié)石，充填隔水層的導(dǎo)水帶裂隙，膠結(jié)強(qiáng)化底板，有效封堵了煤層底板的導(dǎo)水通道和裂隙，大大降低了工作面底板奧灰突水的概率。工作面于2014年5月1日開始回采，2015年1 月31日安全回采結(jié)束，采出煤量116561t，實(shí)現(xiàn)了帶壓安全開采。

7 結(jié)束語(yǔ)

九龍礦奧灰含水層水壓高、彈性靜儲(chǔ)量極大，以往開采野青工作面期間不同程度的突水事故，給礦井造成了極大的安全和經(jīng)濟(jì)效益影響。本次15445N野青工作面水平定向井注漿改造工作，注漿治理目標(biāo)層直接為奧灰含水層頂部，降低了煤層底板突水概率，最終達(dá)到根治水害的目的，經(jīng)實(shí)踐證明取得了良好的效果。目前，地面區(qū)域治理技術(shù)已經(jīng)在九龍礦全面推廣應(yīng)用，為深部煤層保水開采奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。