團柏礦11-101工作面陷落柱注漿封堵技術

申巧君

（霍州煤電集團有限責任公司團柏煤礦 ，山西 霍州 031400）

11-101工作面巷道掘進時，陷落柱以西巷道內煤壁滲水、多處有頂板淋水現象，揭露陷落柱時出水18m3/h，結合奧灰孔、太灰孔施工情況和水質分析結果，說明陷落柱破碎帶可能與煤層頂板砂巖含水層（或陷落柱空洞）、底板含水層溝通。隨著巷道掘進延伸和工作面回采，受礦壓和采動影響，灰?guī)r含水層水極易通過陷落柱進入采場，造成突水事故，威脅到工作面安全回采和礦井安全[1-2]。

1 工作面概況

團柏礦11-101工作面開采11#煤層，主要煤層與上下含水層位置關系如圖1所示。老頂為粉砂巖，厚度5.0m；頂板為泥巖，厚度2.8m；11#煤煤層平均厚度 3.3m；底板為泥巖，厚 3.9～4.4m；老底為白砂巖，厚0.5m。據井田內鉆孔抽水試驗資料：含水層厚度 11.98m～38.20m,q=0.1141～0.2158L/s.m，K=0.0679～ 0.1749m/d，水質類型為HCO3-Ca或HCO3-Ca·Mg型，該含水層富水性為中等。由于該含水層組與基巖風化帶含水層直接接觸，水力聯系密切，含水性相對較強，工作面水文地質條件復雜，陷落柱比較發(fā)育。

圖1 主要煤層與上下含水層位置關系

2 注漿施工方案

2.1 鉆孔布置要求

101工作面開采11#煤層，煤層頂板以上有11#煤層頂板砂巖裂隙含水層并有可能存在陷落柱空洞積水。綜合考慮工作面采長、煤層厚度、頂板跨采比、裂采比及各含水層標高等因素[3]，頂板放水鉆孔考慮向陷落柱深部鉆進，鉆進至11#煤層頂板以上80m終孔。

11#煤層底板以下有砂巖含水層和灰?guī)r含水層，11#煤層底板陷落柱注漿加固工程鉆孔布置重點考慮對煤層底板以下陷落柱破碎帶以及陷落柱周邊灰?guī)r巖溶裂隙進行注漿加固，在陷落柱邊沿形成一個環(huán)狀帷幕，隔斷與各含水層之間的水力聯系，徹底根除水患[4-6]。根據本地區(qū)以往鉆孔注漿施工經驗，水泥漿液擴散半徑按20-25m考慮，采用立體交叉布孔，不留注漿空白帶。對煤層底板控制高度考慮75-85m。

因鉆場所在巷道距陷落柱較近，為便于穩(wěn)固埋設套管，保證注漿效果，鉆孔布置盡量斜向陷落柱邊緣裂隙帶鉆進，埋設套管長度不小于15m。

套管采用孔底翻漿進行加固，固管采用早強水泥漿，鉆孔注漿主要采用水灰比為1：0.6—1：1.0的單液水泥漿，為防止鉆孔注漿產生冒頂、片幫、底鼓等二次破壞，淺層起始注漿壓力控制在2.5MPa左右。反復透孔、鉆進、注漿，逐步加大注漿壓力，注漿終壓不小于6.0MPa，注漿施工時視鉆孔注漿量和注漿壓力變化情況決定是否繼續(xù)注漿或封孔。

注漿鉆孔施工完畢施工檢查注漿鉆孔，要求進入陷落柱破碎帶不小于30m，通過反復注漿、透孔、鉆進，終孔時鉆孔出水不大于3m3/h。

2.2 鉆場及鉆孔布置方案

通過分析資料，結合現場實際考察，本次陷落柱注漿加固工程在101工作面內共設計布置3個鉆場。

本次工程共設計施工3個頂板疏放水鉆孔，1#鉆場施工F1#和F2#放水孔，2#鉆場施工F3#放水孔，鉆孔總進尺為274.9m（詳見表1）。

表1 陷落柱頂板放水鉆孔設計參數表

本次陷落柱注漿加固工程共設計11個注漿鉆孔，1#鉆場施工4個注漿鉆孔，2#鉆場施工3個注漿鉆孔，3#鉆場施工4個注漿鉆孔，注漿鉆孔總進尺1075.6m（詳見表2），施工時根據注漿情況增減鉆孔數量。

表2 陷落柱注漿鉆孔設計參數表

注漿鉆孔施工完畢在1#鉆場、2#鉆場和3#鉆場分別施工J1#、J2#、J3#檢查注漿鉆孔，檢查注漿鉆孔總進尺為302m（見表3）。

表3 陷落柱檢查注漿鉆孔設計參數表

本次陷落柱注漿加固和頂板疏放水工程共設計施工11個注漿鉆孔、3檢查注漿鉆孔和3個頂板放水孔，總進尺為1652.5m。

2.3 鉆孔結構

1）頂板疏放水鉆孔。頂板疏放水鉆孔開孔孔徑均為Φ133mm，鉆進11m，下入Φ127mm護孔套管10m，采用早強水泥漿對套管進行注漿加固后，凝固48小時（凝固時間視該礦井下水泥凝固時間確定）后透孔做耐壓試驗，孔口壓力要不小于3.0MPa，穩(wěn)壓時間要不少于30min，試驗合格后換徑Φ94mm鉆進至進入粗粒砂巖8～10m終孔。鉆孔進入陷落柱破碎帶后繼續(xù)鉆進，遇漏水、卡鉆、裹鉆等異常情況時停止鉆進，進行注漿加固后透孔鉆進，終孔層位為11#煤層頂板以上80m。

2）底板注漿加固鉆孔和檢查注漿鉆孔。注漿鉆孔和檢查注漿鉆孔開孔孔徑均為Φ133mm，鉆進16m，下入Φ127mm護孔套管15m，采用早強水泥漿對套管進行注漿加固后，凝固48h（凝固時間視該礦井下水泥凝固時間確定）后透孔做耐壓試驗，孔口壓力要不小于6.0MPa，穩(wěn)壓時間要不少于30min，試驗合格后安裝孔口防噴裝置，然后換徑Φ94mm繼續(xù)鉆進至終孔。遇漏水、卡鉆、裹鉆、鉆孔出水、有害氣體涌出等異常情況時停止鉆進，進行注漿加固。

2.4 注漿要求

固管、注漿均采用425R普通硅酸鹽水泥，固管采用早強水泥漿，注漿采用單液水泥漿，漿液水灰比控制在 1：0.7～1：1.0 之間，漿液調制均勻，注漿時確保連續(xù)注漿，根據注漿壓力和漿液擴散情況，隨時調整漿液水灰比，漿液水灰比按照由稀到稠再由稠到稀進行調整；起始注漿壓力控制在2.5MPa左右，隨鉆孔深入逐步加大注漿壓力，注漿終壓不小于6.0MPa。當進漿量小于40L/min時停止注漿，待水泥凝固24h后，透孔鉆進，再注漿加固，重復進行。

2.5 施工順序

根據設計要求和鉆場實際準備情況，為確保按時完成施工任務，在進行現場調研后，計劃分三個階段進行施工：

第一階段安排ZDY-4000S型全液壓坑道鉆機和ZDY-3200S型全液壓坑道鉆機各一臺同時在1#鉆場和2#鉆場進行注漿鉆孔施工。

第二階段安排ZDY-4000S型鉆機在3#鉆場施工注漿鉆孔，同時安排ZDY-3200S型鉆機在1#鉆場和2#鉆場施工頂板疏放水鉆孔。

第三階段安排兩臺鉆機在三個鉆場施工檢查注漿鉆孔。

第一階段1#鉆場施工4個注漿鉆孔、2#鉆場施工3個注漿鉆孔，同一鉆場鉆孔交叉進行鉆進、固管、注漿和凝固等工序；第二階段3#鉆場施工4個注漿鉆孔，1#、2#鉆場施工3個頂板疏放水鉆孔，同一鉆場鉆孔交叉進行鉆進、固管、注漿和凝固等工序；第三階段三個鉆場各施工1個檢查注漿鉆孔。

3 結 語

通過對101工作面陷落柱區(qū)域的注漿加固處理，加強巷道圍巖強度，使之形成一個整體；經現場實施及觀測，該回采面在通過陷落柱區(qū)域處時，不在出現巷道頂板跨落及兩幫鼓出的現象，確?；夭擅婺軌蛘Ｍ七M和安全生產。工作面陷落柱堵水的成功，不但消除了突水對采區(qū)造成的威脅，而且進一步加固了巷道頂底板，保證了11-101工作面的正常掘進。