綜采工作面突水巷道堵截治理技術

文/李樹欣 趙軍杰

2008年12月，平禹煤電公司一礦13091綜采工作面底板突水，造成采區(qū)被淹，后采取巷道堵截治理技術堵截水患，為恢復生產贏得了時間，為今后的防治水區(qū)域治理提供了技術參考。

一、采面水文地質概況

二1煤層13091工作面位于三采區(qū)下山東翼，東部及下部為未采動區(qū)域，上部13071工作面經底板預注漿改造后安全回采。走向長1060m，傾斜寬138m，煤層傾角17°～25°左右， 平均厚度 4.75m，采用走向長壁后退式采煤法。

根據鄰近的13061工作面底板注漿孔水文資料，二1煤至L7-8灰?guī)r距離20m，至L1-3灰?guī)r距離53m，至寒灰距離在78m左右。上段L7-8灰?guī)r含水層水壓0.2～0.8Mpa；下段灰?guī)r含水層水位+40m水壓1.8～2.4Mpa；寒灰水位+135m，水壓 3.6～4.1Mpa。 太灰和寒灰水為突水危險區(qū)，下段太灰水的突水系數0.69kg/cm2，寒灰水的突水系數0.75kg/cm2。

二、突水經過及原因分析

1.突水經過

13091工作面開采前進行底板注漿加固，加固至L1-3灰，自切眼向外加固600m采面開始回采。

2008年12月13日22時，12號鉆場底板預注漿12-4孔孔深78.90m發(fā)生塌孔，孔底推測層位為L1-3灰?guī)r，孔內起始水量4～100 m3/h，并伴有沙子和小石子噴出，14日19時工作面發(fā)現(xiàn)跑漿，位置在67架為底板出水，水量約4m3/h，12-4孔孔口閥門放水卸壓，采面水量由80m3/h減小到 30m3/h。15日9時，工作面出水量突然增大至1000m3/h左右，三采區(qū)下山泵房被淹，排水系統(tǒng)癱瘓。

2.原因分析

12-4孔和采面出水有直接聯(lián)系，并判斷來水方向可能為東北和西北兩個方向。

從礦壓分析，突水位置已經推進140m，頂板來壓進入周期來壓階段。出水區(qū)煤層底板雖已加固至L1-3灰，但尚存在未加固良好的薄弱地帶。煤層采動前，原始平衡沒受破壞，采動以后，底板巖層節(jié)理及某些構造裂隙形成較寬較長的導水裂縫，在采動破壞帶礦壓、底板垂向通道水壓和12-4孔注漿壓力共同作用下，變成了過水通道，上部采動裂隙與原始導水裂隙貫通，使下部寒武系灰?guī)r水、Ll-3灰水與上部L7-8灰水相導通，發(fā)生水力聯(lián)系，從而引發(fā)了此次出水。

三、堵截工程治理及工程布設

1.工程方案確定

第一方案以封堵導水通道為主，兼顧堵源。在與出水點聯(lián)系密切的12-4孔落底位置附近的物探富水區(qū)，布置兩個探注孔即探1孔、探2孔，對L1-3灰和寒灰?guī)r溶裂隙發(fā)育情況進行探查，了解其和出水點的水力聯(lián)系緊密程度并進行封堵。如果效果顯著，再在適當位置布置兩個注漿孔即探3孔和探4孔進行注漿封堵，徹底治理水害。

第二方案為先截流后堵源，如果第一方案效果不理想，在軌道巷和運輸巷適當位置布置截流，截流成功后再在工作面出水區(qū)域布置兩個堵源鉆孔。

2.工程布設

第一方案設計兩個探查注漿孔。其中探1孔布置在距12-4孔落點6m左右，探2孔布置在物探富水異常區(qū)內；第二方案先設計4個截巷孔截流，依據地面位置和井下巷道巖性，在風巷切眼向外100m和115m處分別布置截1孔和截2孔；在機巷機切眼向外140m和155m處分別布置截3孔和截4孔，在工作面采空區(qū)出水區(qū)域布置兩個堵源鉆孔注1孔和注2孔，對水源進行徹底封堵，堵源成功后施工一個檢查鉆孔注3孔進行檢查加固。

四、堵截治理工程實施

1.實施工藝

鉆探工藝。上部大孔徑鉆孔由TSJ685鉆機施工，采用優(yōu)質化學泥漿護壁技術措施順利通過易坍塌煤層，下入Ф139.7通天套管并固井，固井后透孔到底見灰?guī)r后，進行靜水壓力試驗，靜壓達到3.0MPa保持20分鐘，試壓合格再向下施工。

注漿工藝。注漿采用自動化、機械化程度高、勞動強度低、污染小的射流混合攪拌系統(tǒng)，可連續(xù)制漿、注漿，制漿量最大可達30m3/h，漿液比例在1.2～1.8之間，根據需要可隨意調制，最高日注水泥量可達500t以上。材料以水泥為主，適當摻入其他輔料，以提高固結強度、加快固結時間。骨料以沙子為主。

2.實際完成工程量

第一方案。根據物探結果顯示，決定在12-4落點位置附近的物探富水區(qū)布置探1孔、探2孔。探1孔進至440.75mL7-8灰處，孔深529.39m寒灰段終孔處，探2孔鉆進至孔深454.42mL7-8灰處，孔深536.45m寒灰段終孔處，倒入食品紅做連通試驗，但礦井一直未收到。壓水試驗結果分析，該段與導水通道聯(lián)系不緊密。

探查階段12-4孔區(qū)域L1-3灰層段共注水泥412t，寒灰段共注水泥18t，注漿后井下涌水量沒有明顯變化，說明該區(qū)域寒灰層段與礦井涌水無水力聯(lián)系。

第二方案。2009年1月20日截2孔鉆進，1月31日截1孔鉆進，截2孔于1月29日最先透巷，透巷后測得水位標高為-96.52m。連通試驗倒入20kg食品紅，4小時后礦井收到。注骨料，開始以中沙為主，經過反復注透，至2月12日該孔沙子注不進去，此時礦井出水量已降至500m3/h左右，說明該孔注骨料起到了明顯效果。

截1、截4孔也同時于2月12日透巷，截4孔透巷后，測得穩(wěn)定水位標高為-160m，連通試驗9小時后礦井收到。2月13日開始注骨料，骨料填充巷道結束后，礦井涌水量由截流前的1200m3/h左右減至200m3/h左右，觀測孔水位也顯著上升，堵水效果十分明顯。

截1孔、截2孔兩孔和截4孔、截3孔分別輪替注漿。截巷工作全部結束，用水泥2310t，沙子骨料2140m3，水量由原來的1200m3/h左右降至60m3/h左右，觀測孔水位繼續(xù)上升。此次截流取得圓滿成功。

截巷成功后，在該段分別下入Φ108mm飛管，并用水泥壁外全封，避開巷道段，然后再開始向下鉆進，采用下行注漿法進行底板加固。為防止水泥向采空區(qū)跑漿，采用間歇性少量注漿的辦法，比例控制在1.40左右，注1孔和注2孔鉆進至L7-8灰段分別注水泥837t和3650t，鉆進至L1-3灰段分別注水泥2388t和548t。達到終壓終量，堵源階段累計用水泥8086t。

綜合分析水量、水位情況，并進行工程檢驗后，達到預期效果，此次13091工作面突水達到徹底治理，并取得圓滿成功。