趙莊二號井2314回采工作面富水陷落柱注漿加固實踐

時靜修

（晉煤集團晟泰公司礦山技術服務分公司，山西 晉城 048000）

0 引言

陷落柱是煤系奧陶巖層經地下水溶掏蝕后，形成的大面積空洞[1]，在煤系地層中，陷落柱限制了煤礦的快速安全生產。對于富水陷落柱的處理往往選擇優化采礦方法來避開陷落柱區域，實現快速推進通過該區域[2-3]，或者采用超前預裂爆破技術來通過富水陷落柱[4-5]。但是復雜區域難以完成快速的搬家倒面工作，且要重新施工巷道，工程量較大，造成采面停產；此外，運用超強預裂爆破技術時，難以控制爆破對圍巖的損傷，可能會帶來圍巖控制困難以及突水等新問題。因此，現階段工作面過陷落柱時需要在對陷落柱區域進行設計優化的同時進行注漿加固來控制圍巖[6-10]，特別在大采高、大傾角工作面運用注漿加固技術通過富水陷落柱的實踐成功更加表明該技術成熟，治理有效[11-12]。本文針對趙莊二號井2314回采工作面過JDX6富水陷落柱問題，設計采用注漿加固方法對陷落柱進行處理，以達到安全生產目的。

1 工程概況

2314工作面23142巷220～340m以北15m處發育JDX6陷落柱（長軸：230m，短軸：140m），如圖1所示。根據物探、鉆探以及化探測試結果，JDX6陷落柱導富水較強。截止2016年2月底，總疏放水量約45000m3，涌水量大，水源復雜。另外，該陷落柱水源主要是來自頂板的K砂巖水、K8砂巖水以及底板的K5灰巖水。鉆探期間陷落柱預計正常涌水量15～25m3/h，最大涌水量55 m3/h?，F巷內共3個水倉，共鋪設有兩趟排水管路（4寸、6寸），1號水倉內有兩臺15kW潛水泵（一用一備），2號水倉內有兩臺15kW潛水泵（一用一備）,3號水倉內有兩臺37kW離心泵（一用一備），且巷內右幫均有水溝，水能順利流入水倉內，排水能力能夠滿足設計的最大涌水量。

2 注漿加固方案設計

圖1 陷落柱位置圖

2.1 施工位置選擇

本次注漿施工在23142巷內進行施工。23142巷總設計施工長度為949.3m。巷道為全煤巷，斷面形式采用矩形斷面，支護形式為錨網索聯合支護，巷道凈寬4.3m，凈高3m。巷內左幫敷設有風水管路，右幫懸掛有電纜、信號線等，巷中鋪設有一部軌道（后期釘道，安裝絞車至注漿鉆場處），此巷為全負壓通風巷道。

2.2 鉆孔施工原則

遵循“突出重點，兼顧一般”的原則，先按鉆孔終孔位置在灰巖中30m的擴散半徑均勻分布工作面范圍基礎上適當加密布置注漿鉆孔：

1）工作面距離陷落柱邊界較近的區域位置;

2）陷落柱附近23142巷拐彎處，應力最集中的區域；

3）已施工注漿鉆孔探查出的富水區域。

2.3 鉆孔工程布置

鉆孔工程布置分兩類，第一類鉆孔為采場側幫底板方向陷落柱加固鉆孔，共布置12個注漿鉆孔，3個檢查兼補充注漿鉆孔，平面上鉆孔落點位置呈不規則梅花形；第二類鉆孔為沿順層側幫及頂板方向布置的圍巖加固鉆孔，剖面上鉆孔軌跡呈扇形布置，共20個鉆孔。如圖2、圖3所示。

圖2 JDX6陷落柱底板注漿加固鉆孔布置圖

2.4 鉆孔結構

注漿鉆孔主要采用ZDY1250型全液壓鉆機或ZDY-2000S煤礦用全液壓坑道鉆機施工。分3步驟進行。

圖3 JDX6陷落柱順層及頂板注漿加固鉆孔布置圖

1）開孔進入新鮮完整基巖5m，下入Φ146mm地質孔口管，水泥盤麻固管；

2）繼續鉆進進入底板12m，下入Φ108mm止水套管，用水泥盤麻做止水固管；

3）開裸孔Φ73mm進入終孔層位，洗孔觀測孔內靜止水位。注漿孔孔結構見圖4。

圖4 鉆孔結構圖

2.5 注漿設備及材料

2.5.1 主要設備

主要注漿設備包括：ZBY1.8/12.0-11型煤礦用液壓雙液注漿機、ZDY1250型全液壓鉆機、ZDY-2000S煤礦用全液壓坑道鉆機等

2.5.2 注漿材料

1）膠結材料主要成分為32.5#普通硅酸鹽水泥及粉煤灰。其中粉煤灰為細粉煤灰，砂為當地產中細沙，粒徑根據鉆孔實際揭露情況確定。

2）早強劑為0.03～0.05%三乙醇胺、0.3～0.5%食鹽。

設備及材料具體參數見表1。

表1 注漿設備及材料一覽表

2.6 施工作業方法及工藝

2.6.1 作業方法

安全檢查→敲幫問頂→定眼→開孔注管→壓力檢驗→鉆進→注漿→下一次鉆進→注漿（不斷重復進行至終孔）→清理現場。

2.6.2 施工工藝

1）每次注漿前，均要進行壓水。壓水試驗成果以吸水率q表示：

式中：q為吸水率，L/min.m2；Q為壓入流量，L/min；P為壓力，MPa；L為受注層段長度，m。

2）根據試驗結果對漿液類型、濃度進行確定。根據實際情況，對漿液濃度進行優化調整。

3）每次注漿結束后均要向孔內進行壓水，壓水量為管路與孔內體積之和的兩倍。

4）要對壓水試驗及注漿過程進行詳細記錄，為下一步施工提供依據。

3 效果檢驗

3.1 鉆孔檢驗

注漿結束后實施4個檢驗孔，取芯檢驗注漿加固效果并實施水壓、水量檢測，結果如下：

1）經檢驗，檢驗孔取得巖芯充填效果明顯，巖芯完整度達70%，說明注漿對陷落柱圍巖起到較好的封堵加固作用。

2）通過水壓、水量檢驗發現：注漿加固后測定最大水壓為0.26 MPa，出水量最大為4.4 m3/h，與注漿前測得最大水壓0.96 MPa，最大水量為60 m3/h相比，效果明顯。表明漿液有效封堵裂隙通道，其導水連通性得到較好控制。

3.2 工程檢驗

未進行注漿加固過陷落柱時，工作面會出現煤壁片幫、冒頂等問題如圖4（a）所示；在32個注漿孔注漿完成后，經檢驗后在2314工作面過JDX6陷落柱時，圍巖控制情況遠好于未進行注漿加固時，如圖 4（b）所示。

圖4 工作面現場情況圖

4 結 論

1）針對趙莊二號井2314回采工作面過富水陷落柱提出了運用注漿加固的方法來進行防控。根據實際采礦地質條件設計施工32個注漿孔，孔口直徑73mm。

2）注漿后經鉆孔檢驗注漿后巖體膠結完整，裂隙封堵情況良好；在過JDX6陷落柱注漿加固區時，煤壁片幫小，頂板控制情況良好，工作面回采順利。