高位巨厚堅硬巖層離層區(qū)注漿效果分析

王崇剛

（潞安新疆煤化工(集團)有限公司二礦，新疆 哈密 839003）

1 工程概況

潞新二煤礦II102采區(qū)位于礦井二水平西部，在一水平I4采區(qū)的下部，采用下山開采10煤層。II102采區(qū)東以5號勘探線及HF7斷層為界，西以10煤層不可采區(qū)為界，上以一水平-475m西運輸大巷保護(hù)煤柱為界，下以-700m等高線為界。采區(qū)走向長2000～2670m，平均2340m，傾斜長280～900m，平均700m，面積1.638km2。巖漿巖覆蓋在II102采區(qū)的上方，其整體表現(xiàn)穩(wěn)定，根據(jù)關(guān)鍵層判別軟件KSPB判別，為覆巖的主關(guān)鍵層。相關(guān)的探測顯示，該巖漿巖呈巖床形式分布在煤體上方。除了部分區(qū)域出現(xiàn)褶曲之外，整體分布均勻。

該巖漿巖抗壓強度可達(dá)140MPa，抗拉強度在10MPa以上。因此，由于巖漿巖的巖體強度高、厚度大，巖漿巖內(nèi)積聚了大量的彈性能。隨著II102采區(qū)的II1022、II1024工作面的繼續(xù)推采，巖漿巖內(nèi)積聚的彈性能進(jìn)一步增加。由于巖漿巖強度高，不易破斷，而是將應(yīng)力向采空區(qū)煤壁、煤柱傳遞，使這些區(qū)域的煤體產(chǎn)生應(yīng)力集中[1-2]。一旦這些區(qū)域的煤體達(dá)到其承載能力，便將煤體內(nèi)積聚的能量瞬間釋放出來，造成沖擊地壓、煤與瓦斯突出等動力災(zāi)害[3]。

2 II102采區(qū)開采過程中礦震監(jiān)測能量變化規(guī)律

如圖1所示，潞新二煤礦II102采區(qū)礦震的空間分布特征可得到如下結(jié)論：

由于礦震是采動引起的，因此在工作面向前推采的過程中，礦震也隨著工作面的推進(jìn)不斷向前發(fā)展[1-2]。II1024工作面礦震主要集中在工作面以上巨厚巖漿巖以下的巖層中，且該工作面推采過程中，釋放能量較低，多在1000J以下。從該工作面礦震發(fā)生的空間及釋放能量值來看，該工作面推采過程中，上覆巨厚巖漿巖并未發(fā)生破斷。

II1026掘進(jìn)面由于緊鄰II1022面采空區(qū)、II1024面采空區(qū)，采空區(qū)空間大，兩采空區(qū)上方的巨厚巖漿巖尚未破斷，將采空區(qū)上覆巖層的重量都附加到采空區(qū)周圍的煤巖體上，引起采空區(qū)周圍煤巖體內(nèi)部儲存的能量高度集中，II1026掘進(jìn)面礦震的能量平均為2845J，約為II1024工作面的2.53倍。由于該工作面掘進(jìn)釋放能量值高，可推斷出，若不采取有效措施，巨厚巖漿巖將在II1026工作面開采過程中發(fā)生破斷。

圖1 II1024、II1026工作面礦震分布圖

3 II102采區(qū)開采過程中巖漿巖對覆巖運移影響情況

根據(jù)現(xiàn)場實測資料，如圖2所示，II1022、II1024工作面開采之后地表下沉量為0.5m，遠(yuǎn)小于下沉預(yù)測值，說明工作面上方的巖漿巖尚未破斷。

根據(jù)現(xiàn)場實測資料，II1022、II1024工作面開采之后地表下沉量很小，僅為0.5m，遠(yuǎn)小于下沉預(yù)測值，結(jié)合巖漿巖下覆采空區(qū)范圍地質(zhì)鉆孔照片（圖3），巖漿巖下離層發(fā)育較好，有較大離層空間，說明工作面上方的巖漿巖尚未破斷[4]。因此，應(yīng)采取有效措施，防止巖漿巖突然破斷造成沖擊地壓等動力災(zāi)害。

圖2 預(yù)測與實測下沉對比

圖3 3號孔離層裂隙情況

4 離層區(qū)注漿充填方案及效果評價

4.1 離層區(qū)注漿充填方案

水泥漿材由于其結(jié)石體強度高且其材料來源廣、成本低、配置簡單等優(yōu)點，是使用最廣泛的注漿材料。普通水泥的顆粒較大，承載能力大，但可注性差，在注漿過程中容易造成卡管。本次注漿漿液主要起到充填離層縫隙的作用，并不用對漿液進(jìn)行特殊處理，所以在選擇注漿漿液過程中對漿液的砂粒進(jìn)行細(xì)化即可。

離層區(qū)注漿鉆孔數(shù)目11個，其中II1022工作面2個，II1024工作面2個，II1026工作面4個，鉆孔間距為100～200m，鉆孔主要布置在離層區(qū)及工作面采空區(qū)上方，如圖4所示。

圖4 II102采區(qū)鉆孔布置圖

4.2 注漿充填效果評價

如圖5所示，對離層區(qū)充填注漿之后，II1026工作面上方地表下沉0.288m，說明注漿減沉效果較好，II1026工作面在開采過程中未出現(xiàn)因巖漿巖斷裂導(dǎo)致的動力災(zāi)害，安全采出原煤56.3萬t，采區(qū)累計采出原煤128.1萬t，取得了良好的經(jīng)濟效益。

圖5 II1026工作面實測下沉值

根據(jù)現(xiàn)場實測資料，對巖漿巖下離層區(qū)進(jìn)行注漿充填，地表下沉量很小，說明巖漿巖未發(fā)生破斷失穩(wěn)，即說明巖漿巖破斷情況與數(shù)值模擬結(jié)論基本吻合。

5 結(jié)論

本文以淮北礦區(qū)潞新二煤礦II102采區(qū)為例，對II102采區(qū)開采過程中巖漿巖的破斷情況進(jìn)行分析研究，得到以下結(jié)論：

（1）II1022、II1024工作面開采后地表下沉量很小，僅為0.5m，遠(yuǎn)小于無巖漿巖開采時下沉預(yù)測值，結(jié)合巖漿巖下覆采空區(qū)范圍地質(zhì)鉆孔照片，說明巖漿巖下有較大離層空間，判斷出工作面上方的巖漿巖尚未破斷。

（2）對離層區(qū)充填注漿之后，II1026工作面上方地表下沉0.288m，說明注漿減沉效果較好，II1026工作面在開采過程中未出現(xiàn)因巖漿巖斷裂導(dǎo)致的動力災(zāi)害，安全采出原煤56.3萬t，采區(qū)累計采出原煤128.1萬t，取得了良好的經(jīng)濟效益。

（3）通過對比現(xiàn)場實測資料與模擬實驗的地表下沉量數(shù)據(jù)，二者之間的數(shù)據(jù)基本吻合，驗證了模擬實驗的可靠性，對今后類似地質(zhì)條件下開采具有借鑒意義。