基于底板注漿加固的工作面帶壓回采技術實踐

摘? ? 要：針對二111040工作面具體工程地質條件，設計了該工作面底板注漿加固方案，按設計施工后，進行了效果評價，通過注漿將工作面底板奧灰上段含水層導水裂隙帶進行充填，將含水層改造為隔水層，，增強底板巖層的整體強度，降低其突水系數，從而實現回采工作面的安全帶壓回采。

關鍵詞：底板注漿;加固;帶壓回采

一、地質概況

根據二111040工作面相關地質水文資料，結合該工作面頂底富水巖層的埋藏條件，對該工作面突水性影響較大的含水層為底板奧陶系灰巖巖溶裂隙承壓含水層，該含水層為灰、深灰色厚層狀石灰巖，本工作面范圍內頂板埋深600～1000m，距二1煤層底板垂距平均59m，一般情況下，對二1煤層的回采沒有影響，但由于本含水層富水性、導水性不統一，水源補給條件好，從而水壓較大，是威脅本工作面安全回采的主要水害威脅源，如遇構造破壞或隔水層厚度變薄地段使上下含水層發生水力聯系，易造成水害事故，對此應引起足夠重視。

二、底板注漿加固方案確定

（一）鉆場布置及鉆孔套管長度確定

1 因該工作面下部為已采二111060工作面，因此在平面圖設計中，分別在二111040工作面上巷底抽巷、二111040工作面下巷，每隔60m布置一個鉆場，以達到工作面外輪廓線30m為加固為目標范圍，每個鉆孔終孔位置注漿擴散半徑為35～40m為要求，做到該工作面底板注漿加固全覆蓋。另外，鉆孔布置要求長短結合、斜孔為主，盡量與地質構造區域垂直或斜交，尤其對瞬變電磁等物探手段探測到的異常區域，需要重點探查并加固，在施工過程中，發現地質或水情異常區域，應及時增補鉆孔，進行探查加固，經鉆探得到驗證區域，可適當加大終孔間距。

2 根據二111040工作面實際情況，工作面共設計鉆場32個，布置在二111040上巷底抽巷和二111040下巷內。鉆場具體位置見附圖。鉆場要盡量選擇在頂、底板較完整、支護較好地段。鉆場規格：長*寬*高=4.5m*5m*3.5m，每個鉆場間距60m，鉆場附近開挖泵坑或水溝引水至附近泵坑，確保施工鉆場綜合排水能力不小于70m?/h。以二111040工作面下巷7#鉆場為例，其布置如下圖所示：

（二）注漿終壓及鉆孔終孔平面間距確定

由臨近已采的二111080工作面底板注漿加固鉆孔實揭數據知，二111040工作面奧灰水含水層最大靜水壓力為4.22MPa，由此可知，二111040工作面底板注漿改造工程的注漿終壓為12～13MPa（按照注漿終壓為最大靜水壓的2～3倍計算），根據已采二111080工作面底板注漿加固經驗，漿液擴散半徑約35～40m，為了有效地改造煤層底板，保證注漿效果，本次底板改造工程鉆孔終孔層位控制在奧陶系灰巖頂界面以下30m，平面終孔間距為70～80m，工作面外側控制平面距離不小于30m。

（三）底板改造工程注漿改造厚度確定

式中 M—隔水巖柱的實際厚度（m）;

TS—突水系數（MPa/m），正常巖層地段，突水系數選0.1MPa/m，斷層附近及構造破碎地段，突水系數選0.06MPa/m ;

P—底板隔水巖層承受的水壓值（MPa） ;

即：破碎構造地帶改造隔水層厚度：? ?完整地帶改造隔水層厚度：

M改=4.22/0.06=70.3m? ? ? ? M改=4.22/0.1=42.2m

完整地帶注漿改造隔水層厚度為煤層底板以下42.2m，破碎構造地帶改造隔水層厚度為煤層底板以下70.3m，但由于本工作面奧灰含水層頂界面以下30m以前層富水性相對較強，本次加固以探查并加固30m以前奧灰含水層為主，即二1煤層底板以下89m。

（四）鉆孔施工順序

鉆孔按照由外往里間隔施工的原則進行施工，在單個鉆場內，嚴禁出現兩個及兩個以上鉆孔同時鉆進至奧灰含水層，施工下一個鉆孔前，必須保證上一個鉆孔注漿完成且封孔合格，若單個鉆場內使用地面注漿系統進行注漿時，不得進行鉆進作業。

三、注漿效果分析

（一）工程質量評價

二111040工作面底板注漿改造工程共布設31個鉆場，完成鉆孔163個，完成鉆探進尺22122.3m，注漿干料量22339.2t，總注漿量與鉆孔總涌水量比值為22.8，單孔最大注漿量為5318.99t，符合設計和規程要求。

（二）突水危險性評價

二111040工作面二1煤底板至奧灰頂界面垂距平均59m，突水系數0.08MPa/m;注漿改造厚度為二1煤底板垂距89m，隔水層厚度加大，突水系數為0.05MPa/m。經注漿改造后，該工作面突水系數均小于1MPa/m，工作面回采臨界突水系數小于《煤礦防治水細則》要求。

（三）異常區、斷層加固效果評價

針對瞬變電磁異常區已布置驗證孔（WT-1）進行探查驗證，驗證孔鉆進過程中僅在太原組出水1m?/h，另外該處異常區內還施工了S2-10鉆孔，該孔奧灰層位出水0.5m?/h，同時結合現場在異常區附近存在一處排水泵坑，因此判斷該處異常區為假異常區，對工作面回采影響不大。總之根據瞬變電磁探測結果分析，該工作面全覆蓋注漿加固效果良好;

在工作面施工底板注漿加固鉆孔期間，已對SF60正斷層進行進行探查，共設計兩個鉆孔，其中S9-1孔奧灰層位出水3m?/h，、X7-1孔在奧灰層位未見水。根據探查資料綜合分析，該斷層附近底板含水層富水性較弱，隔水性良好，無奧灰水導升現象。

二111040工作面實際揭露3條正斷層，其中11040-1和11040-2兩條斷層均為頂板斷層，煤厚變化較小，底板巖層連續未斷開;11040-3斷層為底板斷層，已布置三個底板注漿加固鉆孔（S7-4、S8-4和S檢8-1）對其探查，其中先施工S7-4孔（121.5m出水7m?/h）和S8-4孔（135m出水0.5m?/h），隨后又布置S檢8-1孔進行探查驗證，鉆進至終孔未出水，說明地層巖溶裂隙不發育，巖體賦水性、導水性及連通性較差。

四、工作面回采中的防治水要求

（一）對二111040工作面和11采區涌水量每旬進行一次測量，對15采區水文孔奧灰水位進行全天候監測;掌控二111040工作面和11采區涌水量變化趨勢，發現涌水異常變化，則及時查清異常變化因素，必要時停產撤人。

（二）每月編發二111040工作面水情水害預報，發現庫區水位超警戒、奧灰水壓異常抬升、底鼓變形、淋水加大等情況要及時向調度會通報;及時制定相應的安全技術措施，同時制定相應的安全技術做出危險性分析，必要時可采取停采撤人，確保工作面回采安全。

作者簡介：郭鵬（1991-），男，本科學歷，畢業于河南理工大學萬方科技學院，助理工程師，現從事煤礦地測防治水工作。