辛置煤礦注漿堵水中軟體骨料的實踐

王克勤

（霍州煤電集團有限責任公司辛置煤礦，山西 霍州 031400）

辛置煤礦21001工作面11#突水點位于21采區(qū)，之前涌水量穩(wěn)定在300m3/h，8月6日10時30分涌水量突然增大至600m3/h，必須進行治理。

1 水文地質(zhì)條件

辛置煤礦屬水文地質(zhì)條件復雜礦井，煤田含水層組有四組，影響井田的為上石炭系太原統(tǒng)石灰?guī)r含水層組，在這一含水層組中有八個含水層，其中第8層石灰?guī)r（簡稱L8）含水層對本煤田2煤層有直接影響。含水層平均厚度7.4 m，距2煤層底板約20m，其補給水源來自北部山區(qū)降水補給，水量補給充沛，水頭壓力大，建礦以來曾多次發(fā)生突水淹井或淹面，給礦井生產(chǎn)帶來嚴重的水害威脅。

2 突水原因分析

霍州礦區(qū)斷裂帶往往膠結(jié)較好，并充填斷層泥、角礫巖等，一般不透水，形成含水層與煤層間相對穩(wěn)定的“屏障”。在巷道穿過斷層帶進入另一盤含水層時，受掘進圍巖礦壓擾動導致巷道突水，也有的斷層裂隙發(fā)育導水，當巷道掘進揭露后，立即引起突水。

21001 工作面11#突水點標高為-31.4m，2001年3月L8水位標高為+58.55m，水壓為0.89MPa（目前L8水位標高為+0m，水壓為0.31MPa），局部L8灰?guī)r含水層厚度為8.5m左右。突水巷道距萬6斷層18m（萬6斷層落差為24m）。L8灰?guī)r含水層與2煤層直接接觸。

突水點突水原因：（1）掘進時L8灰?guī)r含水層水壓較高（0.89MPa），地下水補給徑流充沛，是較好的充水水源。（2）掘進巷道已經(jīng)接近或揭露萬6斷層或萬6支斷層，該斷層為導水斷層，致使L8灰?guī)r含水層與2煤直接接觸，形成直接充水通道。（3）未執(zhí)行“有疑必探”探放水原則，管理失控導致巷道掘進揭露導水斷層而突水。

21001 工作面11#突水點位于21采區(qū)最上部，涌水通過兩種途徑匯入二水平泵房：一部分涌水從21001回風巷通過管路導入二水平泵房，另一部分經(jīng)21采區(qū)東翼采空區(qū)流入二水平大巷到二水平泵房。21001工作面11#突水點涌水量增大后，直接導致21001掘進工作面無法施工，同時威脅下部準備充填開采的21軌道煤柱工作面安全生產(chǎn)和正?；夭?。

為確保21軌道煤柱充填工作面的安全開采，減少礦井涌水量，降低礦井排水費用和順利開采21001工作面，擬對21001工作面11#突水點進行注漿堵水并對萬6斷層帶注漿加固。

3 軟體骨料注漿堵水的技術(shù)特性分析

地下巖層按其賦存狀態(tài)分為致密膠結(jié)狀巖層、松散狀巖層、孔洞或裂隙狀巖層。致密膠結(jié)狀巖層具有致密、不透氣、不透水等特性，典型的有泥巖、粉砂巖、鋁土巖等巖石。松散狀巖層具有滲水、透氣等特性，典型的有砂巖、流沙層等巖石。而孔洞或裂隙狀巖層具有儲水、流水、透氣等特性，典型的有石灰?guī)r等巖層。

軟體骨料主要是由一種有機生物體、石子和沙子組成，既稱得上為充填骨料，本身又是軟體充填物。軟體骨料容易適應地質(zhì)構(gòu)造中裂隙、溶洞等不規(guī)則形狀且能遇水膨脹并充填其中。有機軟體骨料具有性軟、膨脹、光滑、流動性好等特性，適宜充填巖層裂隙、溶洞等，具有其他材料不可替代的充填堵塞作用。21001出水點主要為L8灰?guī)r出水，因此，封堵、擠壓L8灰?guī)r中裂隙和溶洞水及截斷向出水點供水補給通道，軟體骨料具有極好的堵水特性。

4 充填軟體骨料堵水工程施工方案

在21001工作面11#突水點斷層另一側(cè)l號鉆場設(shè)計3個注漿鉆孔（鉆孔布置圖見圖l），通過出水點補給方向注漿充填封堵L8含水層的充水通道。

鉆孔施工：采用T685WS車載頂驅(qū)鉆機，復合鉆進技術(shù)糾偏，PDC鉆頭+Φ197mm（雙扶）單彎螺桿（0.5°）+Φ203.2mm無磁鉆鋌+Φ114mm鉆桿。鉆孔施工到設(shè)計位置后，先在4#孔口安裝骨料填料器進行軟體骨料的加注，隨著軟體骨料加注，孔口水壓不斷上升（4#孔施工完成后，沒有出水，其中5#孔口施工時有60m3/h的涌水）。當4#孔在注軟體骨料孔口壓力達到4.7MPa后，停注軟體骨料，改注水泥粉煤灰混合漿。后經(jīng)統(tǒng)計1號鉆場4#鉆孔加注軟體骨料量是2號鉆場3個鉆孔共注軟體骨料的80%（1號鉆場3個鉆孔共注軟體骨料10t），說明軟體骨料在灰?guī)r中具有極好的流動性和擴散性，其注漿成效反映在初設(shè)擴散半徑達到20～30m，設(shè)計合理，達到設(shè)計預期要求。

圖l 鉆孔平面布置圖

5 注漿堵水實際效果

5.1 注軟體骨料量與壓力變化

經(jīng)現(xiàn)場施工和數(shù)據(jù)實測，21001出水點l號鉆場4#孔在加注軟體骨料的過程中發(fā)生了壓力上升→壓力下降→壓力上升（未達設(shè)計壓力）→壓力下降→壓力上升（達到設(shè)計壓力）兩個壓力循環(huán)過程（見圖2），但壓力整體呈上升趨勢，最后達到軟體骨料設(shè)計壓力值后，停注軟體骨料，注漿（水泥粉煤灰混合漿）封孔。在壓力降低過程中，出水點出水發(fā)黑且渾濁，很顯然軟體骨料在高壓水作用下擠壓裂隙和孔洞中附著物，將殘留斷層泥和強度較低礦物質(zhì)壓出，從而將導水裂隙和孔洞充滿軟體骨料和其他充填物。

圖2 注入軟體骨料量與注漿壓力變化曲線圖

5.2 注軟體骨料量與水量變化

經(jīng)現(xiàn)場施工和數(shù)據(jù)實測，21001出水點l號鉆場4#孔在加注軟體骨料的過程中涌水量發(fā)生了明顯變化。隨著軟體骨料的加注，數(shù)量呈逐步下降趨勢（見圖3），停注軟體骨料后水量已由300m3/h下降到126m3/h，下降了58%，又用水泥粉煤灰細料填塞細小縫隙封堵微裂隙及封孔后，突水點水量降為零，有效地實現(xiàn)了實際堵水率100%。

圖3 注入軟體骨料量與水量變化曲線圖

6 結(jié)論

采用軟體骨料注漿堵水可以在圍巖相對穩(wěn)定范圍內(nèi)對其出水點涌水的充水通道實施有效封堵（不含水泥漿封孔），將其動水條件下注漿充填控制在微裂隙范圍內(nèi)近似靜水條件下，有效降低水泥漿直接封堵時漏漿量及總注漿量，明顯提升了注漿堵水的成效。21001出水點原設(shè)計注漿用干料3000 t，價值約80萬元；采用注軟體骨料填充大裂隙和孔洞、水泥粉煤灰細料填塞細小縫隙封堵封孔后，實際注軟體骨料用量價值10萬元、注干料價值14萬元，合計24萬元。如果采取直接封堵，在動水條件下注漿其漏漿量難以估算，其注漿材料將大幅度增加。因此，至少節(jié)約注漿材料投入56萬元。且現(xiàn)在突水點水量已降為零，明顯降低了注漿堵水費用漏漿對礦井水倉和生產(chǎn)系統(tǒng)的影響，其注漿堵水成效十分顯著。