上灣煤礦51208面防止突水潰沙技術(shù)方案探討

文/韓克勇

上灣煤礦是神華神東煤炭分公司下屬的年產(chǎn)千萬噸煤礦之一，位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗烏蘭木倫鎮(zhèn)境內(nèi)。1987年8月開工建設(shè)，2003年11月1日投產(chǎn)，原設(shè)計生產(chǎn)能力為800萬噸/年，2007年實(shí)際生產(chǎn)能力達(dá)1250萬噸/年。上灣煤礦創(chuàng)建了世界第一個千萬噸綜采工作面和國內(nèi)第一個大采高（5.5米）300米加長工作面，并實(shí)現(xiàn)了一個綜采隊連續(xù)3年年產(chǎn)超千萬噸、月產(chǎn)109.5萬噸等多項(xiàng)世界紀(jì)錄。

一、51208工作面基本概況

51208工作面開采1-2煤。該工作面北面下部為2-2煤52301L旺采工作面采空區(qū)；南面為1-2煤51101L旺采工作面采空區(qū)；西面為1-2煤西二盤區(qū)大巷；東面為2-2煤大巷，距離2-2煤輔運(yùn)大巷50m。工作面走向長98m，傾斜長943.7m。地質(zhì)儲量約69萬t。

51208工作面切眼相對地表為黑炭溝西岸坡頂，與黑炭溝溝底相距280m，黑炭溝內(nèi)無地表流水。工作面中部距切眼258～314m范圍內(nèi)地表有白家渠自西北向東南斜穿而過，雨季地面溝流一般只有1～2m3/h，旱季斷流。

二、51208工作面地質(zhì)特征

該工作面地質(zhì)條件變化大，存在突水潰沙危險的地段為51208工作面切眼至白家渠段，具有以下特征：

含水層厚：根據(jù)白家渠溝底sb27觀測孔資料顯示，含水層厚度為20.3m。1-2煤上覆基巖薄，且有風(fēng)化現(xiàn)象：切眼處基巖厚16～42m，白家渠段基巖厚度為11～33m，均在導(dǎo)水裂隙帶高度（48.7m）內(nèi)，白家渠甚至在冒落帶高度（13.96m）內(nèi)。1-2煤層頂板松軟：為I類—易冒落的松軟頂板。松散層厚度相對較大：切眼處為17～33m，白家渠為8～13m,巖性為風(fēng)積沙或泥質(zhì)砂土。

由于工作面具有如上特點(diǎn)，白家渠段和切眼段在工作面采動后，上方含水層內(nèi)的水會通過導(dǎo)水裂隙進(jìn)入工作面，亦可能有流沙潰入井下的危險。為保證51208工作面切眼至白家渠段回采時的安全生產(chǎn)，經(jīng)神東煤炭分公司專題會議研究，決定對51208工作面采取安全技術(shù)措施。

三、51208工作面探放水工程

51208工作面探放水工程針對切眼至白家渠段回采有突水潰沙危險的地段，采用“上抽下放”的原則對松散層水進(jìn)行處理，包括地表鉆探工程和井下鉆探工程兩部分。

1.地表鉆探工程

自2007年年初，地表鉆探工程共施工抽水井、長期水文觀測孔、直通式泄孔、松散層調(diào)查孔等各類鉆孔11個。

施工抽水井2個，是為了將井內(nèi)散層水向外抽排，并通過抽水試驗(yàn)獲取水文地質(zhì)參數(shù)。在對井1及井2進(jìn)行抽水試驗(yàn)時，2個水井在地面抽水時水量不到1m3/h，說明松散層中泥、砂質(zhì)含量高，滲透性差。故沒有進(jìn)行地表疏放水，而改為在井下打鉆泄水。

施工長期水文觀測孔5個，是為了探明含水層厚度，并隨時掌握含水層厚度的變化情況。

施工直通式泄孔1個，是因?yàn)榍醒厶幜芩^大，為了將該處的松散層水泄入井下，施工松散層調(diào)查孔3個，是為了查明松散層厚度，并以此推算出基巖厚度。以上所有鉆孔均有此作用。

地表施工的所有鉆孔均達(dá)到了設(shè)計目的。

2.井下鉆探工程

施工疏放水鉆孔，對含水層水進(jìn)行提前疏放。

自2007年3月12日至11月3日，在51208工作面井下累計施工泄水孔66個，單日最大涌水量95m3/h，單孔最大涌水量為49.7m3/h。從7月初以來，泄水孔水量穩(wěn)定保持在15m3/h左右，截至2008年2月21日,泄水孔涌水量為11m3/h，超過0.5m3/h的鉆孔僅有4個，多數(shù)鉆孔已無水或淋水。表明松散層中地下水靜儲量已基本被疏干，現(xiàn)在各孔的水量應(yīng)該是來自補(bǔ)給量。累計泄水量約為16.3萬m3。

3.疏放水效果

根據(jù)地面水文孔觀測孔顯示，未疏放水前，井1孔含水層厚度為11.23m，井2孔含水層厚度為9.7m，觀1孔含水層厚度為7.1m，觀2孔含水層厚度為6.15m，觀3孔含水層厚度為6m，觀4孔含水層厚度為2.6m。根據(jù)11月2日觀測數(shù)據(jù)，白家渠溝內(nèi)井1、井2、觀1、觀4和切眼處觀6現(xiàn)含水層厚度均為0m，觀2、觀3孔被老鄉(xiāng)封堵無法觀測。據(jù)12月8日井下膠運(yùn)9#調(diào)車硐室補(bǔ)2孔壓力計觀測壓力計算，該孔上方現(xiàn)松散含水層厚度為0。從井下涌水量及觀測孔含水層厚度變化看，疏放水效果較明顯。

四、51208工作面冒落帶注漿加固工程

采用“探灌結(jié)合、注漿固結(jié)”的方法進(jìn)行。從地下水徑、補(bǔ)、排的規(guī)律和松散層室內(nèi)試驗(yàn)資料來分析，空隙率為0.5%。根據(jù)《三下采煤規(guī)程》中硬巖石冒落帶高度經(jīng)驗(yàn)公式計算防沙煤巖柱高度最大為24.87m。依據(jù)51208工作面基巖厚度等值線圖圈定加固范圍為51208工作面1-2煤上覆基巖厚度小于16m的含水區(qū)?；鶐r面標(biāo)高低于1135m的區(qū)域可能含水為本次工作的主要區(qū)域。處理高度為防沙煤巖柱高度再加1A（A為煤層采高，按5m考慮），單孔平均處理高度約10m。

注漿鉆孔間距采用6×6m，擴(kuò)散半徑大于3m。注漿管選用50mm袖閥管，灌漿材料為水泥及水拌和而成。水泥與水體積比為1∶0.3～0.4，先稀后稠。如空隙較小時加入素水泥漿1～5‰的三乙醇胺及聚丙稀酰胺。以泵壓4.50～5.0Mpa為注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。注漿方式采用袖閥管壓力劈裂注漿方法，跳孔間隔及全孔一次性注漿。

工程共完成鉆孔75個，鉆探累計進(jìn)尺1763.71m，注漿管累計長度1786.21m。注漿75個鉆孔，注漿體積1185m3，共用水泥353.55t，聚丙稀酰胺260.5kg，三乙醇胺59kg。工程結(jié)束后又隨機(jī)在注漿區(qū)域內(nèi)施工兩個鉆孔進(jìn)行注漿效果驗(yàn)證。從取芯效果分析，注漿高度范圍內(nèi)水泥漿已滲入松散層的孔隙、裂隙中，其顏色與沙土顏色差別明顯，呈灰白色。水泥漿與沙土已形成固結(jié)體，難以用手直接掰碎，固結(jié)體硬度大于原松散層沙土的硬度。

在工作面過薄基巖段回采期間，注漿區(qū)域無漏沙現(xiàn)象，注漿效果顯著。但在注漿區(qū)域邊緣發(fā)生過兩次少量漏沙現(xiàn)象，地表出現(xiàn)大坑。

五、結(jié)論

經(jīng)過51208工作面井下疏放水、地面注漿加固安全措施，加之礦方對頂板的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施，使得工作面在回采薄基巖段期間，未發(fā)生突水潰沙和較大的漏頂事故，實(shí)現(xiàn)了安全回采。

在回采過程中發(fā)生過兩次少量漏沙現(xiàn)象，均為干沙，未對生產(chǎn)造成影響。相對應(yīng)的地表出現(xiàn)大坑，此兩處正是白家渠地表注漿邊緣,如再增加注漿范圍會更加可靠。

從采后效果分析，提前進(jìn)行探放水工程和薄基巖注漿加固工程對于薄基巖下安全回采是可行的，對于神東礦區(qū)類似的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件下實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，有較好的參考價值和指導(dǎo)意義。