超化煤礦23071工作面水害因素分析與防治技術(shù)

常獻(xiàn)偉 張建星 唐智勇

摘 要：底板注漿改造是預(yù)防水文地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域斷層導(dǎo)通底板灰?guī)r含水層造成突水事故的有效途徑之一。文章結(jié)合超化煤礦23071工作面水害情況進(jìn)行了分析，并提出了對(duì)應(yīng)的防治技術(shù)。

關(guān)鍵詞：水害因素；防治技術(shù)；底板注漿

中圖分類號(hào)：TD745 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）26-0030-02

1 工程概況

1.1 23071工作面的基本情況

超化煤礦23071工作面位于23采區(qū)上部，設(shè)計(jì)為綜采工作面，走向長(zhǎng)540 m，傾斜長(zhǎng)60～76 m，工作面煤層為二1煤層，煤層平均厚4.0 m，煤層平均傾角20 °。工作面北部為崔拐正斷層保護(hù)煤柱，東部為邊界保護(hù)煤柱，西部及南部為未采動(dòng)區(qū)。該工作面區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，地質(zhì)條件復(fù)雜。上、下付巷、工作面聯(lián)巷、23流水巷及切巷實(shí)揭正斷層四條、逆斷層一條，其中兩條正斷層落差較大，將會(huì)對(duì)工作面安全回采造成較大影響。

1.2 23071工作面的水文地質(zhì)情況

本區(qū)有六個(gè)主要含水層：第四系礫石層孔隙潛水含水層，頂板砂巖孔隙裂隙承壓含水層，石炭系上統(tǒng)太原組上部的灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層，中部的灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層，下部的灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層，奧陶、寒武系灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層。由于采煤影響范圍所限，頂板大占砂巖裂隙含水層賦水性弱，可直接疏干。底板巖溶水含水層賦水性強(qiáng)，是威脅礦井安全生產(chǎn)的主要含水層。

1.3 底板突水性分析

該段工作面由于斷層較為發(fā)育，突水系數(shù)按構(gòu)造破壞地段取0.04，工作面煤底最低標(biāo)高取-120.5 m，根據(jù)23采區(qū)井觀孔實(shí)測(cè)水位資料綜合O2水位為+65.5 m。

①用突水系數(shù)、水壓、隔水層厚度與臨界突水系數(shù)、臨界水壓、臨界隔水層厚度相比較來(lái)評(píng)價(jià)本工作面底板的突水性。由于本面底板直接充水含水層L7-8灰水壓較小，涌水量不大，對(duì)工作面的回采不會(huì)造成大的威脅。距二1煤層底板最近的強(qiáng)含水層為L(zhǎng)1-4灰，故針對(duì)L1-4灰的突水性危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

根據(jù)突水系數(shù)公式進(jìn)行計(jì)算，式中：T為突水系數(shù)（MPa/m）；P為底板隔水層承受的水頭壓力（MPa），取O2灰含水層觀測(cè)孔平均水頭高度+65.5 m的絕對(duì)值+本面最低標(biāo)高-120.5 m的絕對(duì)值+底板隔水層厚度63.52 m=249.52 m；水柱為2.5 MPa；M為底板隔水層厚度（m），取二1煤底到L1-4灰頂?shù)木嚯x（63.52 m），經(jīng)計(jì)算，T=0.039 MPa/m。

根據(jù)鄭煤礦區(qū)的水文地質(zhì)資料，采煤工作面構(gòu)造復(fù)雜區(qū)段的臨界突水系數(shù)取0.04 MPa/m，而本面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，由此可得臨界隔水層厚度：M臨===62.5 m

臨界水壓P=TsM=0.04×63.52=2.54 MPa。

故本面的突水系數(shù)0.039 MPa接近于0.04 MPa，隔水層厚度62.5 m接近于臨界隔水層厚度63.52 m，水壓2.5 MPa接近于臨界水壓2.54 MPa，說(shuō)明本面底板L1-4灰含水層具有突水危險(xiǎn)性。

②物探分析。23071工作面貫通后，我們對(duì)此工作面施工了對(duì)稱四極測(cè)深物探。本次勘探，上付巷23軌道集運(yùn)巷交叉口開(kāi)始布極，沿23軌道集運(yùn)巷向東布極布置19個(gè)物探測(cè)點(diǎn)，下付巷從流水聯(lián)巷口開(kāi)始布極布置25個(gè)物探測(cè)點(diǎn)，切巷從距上切口處開(kāi)布極布置4個(gè)物探測(cè)點(diǎn)。物探最大測(cè)深69 m，最小測(cè)深9 m。

從物探剖面圖可以看出，巷道底板中深部低阻區(qū)較多，且部分電阻率較低，應(yīng)為底板較為富水所致。23071上下付巷物探剖面圖可以看出，工作面東西段阻值較高，低阻區(qū)主要分布在中段，且中深部阻值小于60 Ω的區(qū)段較多，可見(jiàn)中段底板富水性較強(qiáng)。

2 注漿改造底板含水層的方案確定

2.1 注漿層位的確定

該工作面由于斷層較為發(fā)育，突水系數(shù)按構(gòu)造破壞地段取0.04，煤底最低標(biāo)高取-120.5 m，根據(jù)23采區(qū)井觀孔實(shí)測(cè)水位資料綜合O2水位為+65.5 m。

安全隔水層厚度計(jì)算：假設(shè)安全隔水層厚度為xm，根據(jù)突水系數(shù)計(jì)算公式T=P/M，得：0.04=（1.86+x/100）/x，從而得出x=62 m。

根據(jù)工作面綜合柱狀該層位處于L5灰?guī)r底部。底板加固深度計(jì)算為：按突水系數(shù)公式：

M=p/T

T取臨界值0.04。由此可知：在水壓為1.86 MPa的狀態(tài)下，要想保證工作面不發(fā)生突水，其隔水層厚度必須在62 m以上，此深度位于L5灰?guī)r下部，由于該工作面區(qū)域斷層較為發(fā)育，各灰?guī)r含水層之間具有一定水力聯(lián)系，L5灰?guī)r與L4灰?guī)r間隔較小，平均僅0.86 m厚，L4灰?guī)r與L1-3灰?guī)r間隔水層局部較薄，并且兩層含水層較厚，富水性相對(duì)較強(qiáng)，因此為確保工作面回采安全，工作面底板注漿需加固至L1-3灰?guī)r層位。

2.2 鉆場(chǎng)及鉆孔布置

鉆孔設(shè)計(jì)原則：①終孔層位進(jìn)入L1-4灰?guī)r含水層底部；②鉆孔全部設(shè)計(jì)為斜孔，使鉆孔揭露的含水層和隔水層盡量延長(zhǎng)；③鉆孔方向盡量和斷裂構(gòu)造的發(fā)育方向斜交，盡可能的多揭露裂隙；④對(duì)裂隙發(fā)育地段、有斷層地段、褶曲構(gòu)造的軸部重點(diǎn)布孔；⑤注漿改造范圍達(dá)到工作面以外25 m；⑥注漿鉆孔分別布設(shè)在上、下付巷，每隔60 m施工一個(gè)鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)6～9個(gè)鉆孔，成扇形布置，終孔平距間隔一般在30 m左右，在鉆場(chǎng)內(nèi)以不同的方位和傾角分別向工作面上、中、下部位施工鉆孔，共設(shè)計(jì)10個(gè)鉆場(chǎng)，94個(gè)孔，終孔至L5灰?guī)r或L1-4灰?guī)r層位。

3 工程施工概況及效果檢驗(yàn)

3.1 工作面底板注漿加固施工情況

23071工作面底板注漿改造工程全面竣工后，對(duì)整個(gè)工作面進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證及預(yù)注漿改造。共設(shè)計(jì)施工148個(gè)鉆孔（其中檢驗(yàn)孔51個(gè)），實(shí)際施工總進(jìn)尺15 817.3 m，總注漿水泥漿4 424.6 t。水量大于60 m3/h的鉆孔8個(gè)，出水點(diǎn)8個(gè)，出水層位均在L1-4灰，其中最大涌水量80 m3/h，孔口水壓2.0 MPa，注漿132.3 t。水量在20～60 m3/h之間的鉆孔32個(gè)，出水點(diǎn)42個(gè)，其中有12個(gè)出水點(diǎn)在L5-6灰層位，有30個(gè)出水點(diǎn)在L1-4灰層位。水量在10～20 m3/h的鉆孔48個(gè)，出水點(diǎn)59個(gè)，其中有4個(gè)出水點(diǎn)在L7-8灰層位，有21個(gè)出水點(diǎn)在L5-6灰層位，有34個(gè)出水點(diǎn)在L1-4灰層位。

3.2 效益分析

①工作面回采時(shí)預(yù)計(jì)23071工作面正常涌水量220 m3/h，最大涌水量440 m3/h?；夭蛇^(guò)程中工作面經(jīng)過(guò)底板注漿加固涌水量始終控制在10 m3/h以下。結(jié)合超化礦實(shí)際情況，工作面涌水從23采區(qū)水倉(cāng)排至地面揚(yáng)程445 m，每排1 m3的水需消耗電能2.67 kW，僅電費(fèi)一項(xiàng)至少每年節(jié)約排水電費(fèi)319.26萬(wàn)元，而工作面底板注漿改造直接總費(fèi)用約336.93萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。②通過(guò)采取底板預(yù)注漿改造來(lái)解放水文地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域的煤炭資源，提高了資源利用率，確保超化煤礦正常的采掘接替和穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，延長(zhǎng)了礦井壽命，為減緩超化礦目前接替緊張局面，使超化健康、穩(wěn)定、和諧發(fā)展起到積極作用，具有良好的社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 祁新波，李新芳.底板高承壓水上開(kāi)采防突水技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用[J].科技資訊，2014，（5）.

[2] 黃軍輝，毛維林.帷幕注漿防治斷層水技術(shù)在超化煤礦的應(yīng)用[J].中州煤炭，2011，（6）.