基于注漿鉆孔數據集的注漿工作面底板突水危險性評價體系

許延春,黃 磊,俞洪慶,羅亞麒,李鵬飛,耿浩博,費 宇,趙 朝,張羅迅

(1.中國礦業(yè)大學(北京) 能源與礦業(yè)學院，北京 100083; 2.焦作煤業(yè)(集團)有限責任公司，河南 焦作 454002)

底板突水是我國煤礦礦井水害的主要形式之一[1]，尤其是在華北煤田，底板突水導致的礦井水害問題十分突出，導致55%以上的礦井由于受底板承壓水威脅導致煤炭資源開采受限[2]。因此近年來底板注漿加固及含水層改造技術(簡稱“注漿加固技術”)，已在許多煤礦進行實踐，成功應用于煤層底板承壓含水層加固改造，有效封堵隔水層導水裂隙通道，從而防止底板突水。但部分工作面在注漿加固后仍會有突水危險，以焦作礦區(qū)為例，從2006年起共有8個已進行注漿加固的工作面發(fā)生突水事故，嚴重影響礦井安全生產，損害煤炭開采的安全與經濟效益[3-5]。目前很多學者大多是針對工作面底板突水機理及評價方法的研究。在底板突水機理分析方面，文獻[6]提出脆弱性指數法;文獻[7]提出工作面底板突水的關鍵層“KS”理論;文獻[8]歸納了底板突水規(guī)律并提出突水優(yōu)勢面理論;文獻[9]在煤層底板效應的基礎上，提出“零位破壞”與“原位張裂”概念;文獻[10]在煤層底板“下三帶”的基礎上，設定了“下四帶”的劃分標準;文獻[11]基于三軸滲流試驗，建立了煤層底板突水力學模型，在突水危險性評價方面，文獻[12]采用五圖雙系數對底板突水進行危險性評價;文獻[13]提出隔水層承受水頭壓力比值系數評價;文獻[14]理論分析了安全隔水層厚度評價的可行性;文獻[15]揭示了礦井深部煤層底板采動破壞特征及突水機理，但是底板突水危險方面的研究成果一般是針對非注漿改造工作面進行的，鮮有煤層底板注漿加固工作面的突水因素的研究及突水危險性評價;文獻[16]總結歸納了多個注漿工作面突水原因，并對易突水區(qū)域進行劃分;文獻[17]對注漿加固工作面底板巖體類型分級，構建了 “孔隙-裂隙升降型”力學模型，但這些理論在實際工程運用中有所局限性，缺乏系統(tǒng)的研究。因此，筆者以焦作礦區(qū)為工程背景，收集5個礦2 245個注漿鉆孔的工程數據，建立注漿鉆孔數據集，綜合考慮研究區(qū)地質構造、含水層水頭壓力、底板富水性、鉆孔注漿量等因素，統(tǒng)計分析注漿加固前后底板鉆孔信息與水文地質信息的變化量，歸納7種影響因子，并對因子中指標進行顯隱性劃分，提出了注漿鉆孔的水量、水壓、注漿量的動態(tài)“三參量”評價方法。從而形成了“27831”的注漿加固工作面突水危險性評價體系。

1 注漿鉆孔數據集簡介

以河南焦作礦區(qū)為例，它涉及趙固一礦、趙固二礦、九里山礦、古漢山礦和演馬莊礦共5個主要生產礦井，13個典型工作面，共計2 245個工作面底板注漿鉆孔。各工作面底板注漿鉆孔平均分布，平均鉆孔深度大于L8灰?guī)r含水層深度，部分鉆孔穿過L2灰?guī)r含水層。工程數據主要包括3類信息。第1類鉆孔施工參量信息:鉆孔的位置、施工時間、鉆孔深度、方位角、傾角、涌水量、水壓、注漿量、注漿次序等參量。第2類資料信息:注漿鉆孔平面布置圖、剖面圖、注漿鉆孔工程統(tǒng)計表以及斷層區(qū)域地質信息表等。第3類工作面出水案例:工作面、突水點位置、突水量、突水過程、治理工程及注漿加固效果等。

2 工作面注漿條件類影響因子

在礦區(qū)采動影響基本相同的條件下，影響注漿加固工作面底板突水的因素眾多，組合類型多樣，根據工程實踐經驗和注漿鉆孔數據分析，將其整合為注漿條件類與注漿效果類。注漿條件類影響因子，是指能夠反映注漿前原始含水層富水性、含水層水力聯(lián)系，確定工作面底板突水危險區(qū)域的因子，能夠對工作面注漿加固工作面重點防治工作提供指導。而注漿效果類影響因子，是指工作面注漿加固后能對注漿治理效果及突水危險性評價有影響的因子。

其中注漿條件類有4個影響因子，包含5種解析圖型，有2個顯性因子指標、1個一般性因子指標和1個隱性因子指標。

2.1 工作面突水危險區(qū)因子

工作面突水事故多發(fā)生在涌水量大的注漿鉆孔集中的區(qū)域。鉆孔涌水量大的區(qū)域一般水源補給強，危險性高，且常受斷層影響。因此根據鉆孔涌水量劃分底板突水危險區(qū)。

2.1.1底板突水危險區(qū)劃分原則

參考焦作礦區(qū)工程經驗規(guī)定:

(1)當Q>30 m3/h時，以出水點為中心，沿工作面推進方向前后15 m劃為嚴重危險區(qū);

(2)當10 m3/h≤Q≤30 m3/h時，以出水點為中心，沿工作面推進方向前后10 m為中等危險區(qū);

(3)當Q<10 m3/h時，以出水點為中心，沿工作面推進方向前后5 m為弱危險區(qū)。

若在工作面推進方向上相同區(qū)域同時出現(xiàn)Q>30 m3/h,10 m3/h≤Q≤30 m3/h和Q<10 m3/h中的2種或3種情況時，以最大涌水量來確定危險區(qū)范圍。

2.1.2解析圖型

根據上述劃分標準，在工作面采掘工程平面圖上進行突水危險區(qū)劃分，形成因子解析圖。例如，對趙固一礦12041工作面注漿孔分布及各危險區(qū)進行劃分，如圖1所示。在工作面范圍內，底板導水性強弱與突水危險性有著密切聯(lián)系，且具有非均一性?？傮w來說，嚴重危險區(qū)反映該區(qū)域底板巖體破碎嚴重，裂隙發(fā)育程度高，更具有突水危險。距開切眼0～8.0,40.3～102.7,178.9～229.5 m三個深陰影區(qū)域均為嚴重危險區(qū)，依次編號為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，總面積22 798.5 m2，約占工作面總面積的17.01%;其中，Ⅱ區(qū)在2012年4月工作面回采過程中發(fā)生突水事故。距開切眼17.5～40.3,102.7～178.9,322.8～342.8,476.7～496.7,802.6～822.6 m五個淺陰影區(qū)域為中等危險區(qū)，總面積23 897.8 m2，約占工作面總面積的17.82%;剩余區(qū)域為弱危險區(qū)，約占工作面總面積的65.17%。

圖1 趙固一礦12041工作面底板突水危險區(qū)分布Fig.1 Division of floor water inrush dangerous zones in 12041 working face of Zhaogu No.1 Mine

2.1.3指標顯隱性分析

以焦作礦區(qū)為例(表1(第4列))，9個突水點中有8個突水點位于嚴重危險區(qū)，1個位于中等危險區(qū)，說明危險區(qū)劃分是合理的。并且嚴重危險區(qū)面積比例越高的礦井、工作面，其突水的危險性越高。據此對焦作5個礦區(qū)突水危險性排序，其順序為:古漢山礦>演馬莊礦>九里山礦 >趙固一礦>趙固二礦，與實際礦井突水情況基本一致。故嚴重危險區(qū)面積比例為顯性指標。

2.2 沿工作面走向出水水源顯示因子

在其他條件基本相同的條件下，通過注漿鉆孔的涌水量、出水水壓和斷層帶的關系，可以初步判斷出水水源及其富水性，從而評估突水的危險程度。

2.2.1鉆孔揭露水壓分級標準

低水壓——鉆孔水壓

中水壓——L8含水層水壓≤鉆孔水壓≤L2含水層水壓，主要出水水源為L8含水層，局部受L2含水層補給，評分為2;

高水壓——鉆孔水壓> L2含水層水壓，主要出水水源為L2含水層，并且可能受O2含水層補給，評分為3。

2.2.2其他評價標準

工作面無斷層，評分為1;涌水量大、水壓大的鉆孔不在斷層影響帶，評分為2;涌水量大、水壓大的鉆孔位于斷層影響帶，評分為3。

鉆孔涌水量分級標準參見表2(第3列)，低涌水量，評分為1;中涌水量，評分為2;高涌水量，評分為3。

表1 焦作礦區(qū)工作面影響因子綜合評價分析
Table 1 Comprehensive evaluation and analysis of effecting factors in working face of Jiaozuo Mining Area

礦井名稱工作面嚴重危險區(qū)工作面突水量/(m3·h-1)嚴重危險區(qū)比例/%工作面水源分析嚴重危險區(qū)導水性正常帶單位面積注漿量/(t·m-2)“三參量”綜合注漿評價備注趙固一礦1111112041ⅠⅡⅡⅢⅠ區(qū)20014.48L8Ⅱ區(qū)28017.01L8中等中等較危險弱0.070.15好中等中等差異常趙固二礦1103011131ⅡⅣⅠⅡⅢ06.24L8021.04L2+L8弱弱弱較危險較弱0.050.02中等中等中等好中等九里山礦1410114141ⅡⅡⅢⅡ區(qū)2 52036.43L8038.39L2+L8危險較危險較危險0.740.03中等好中等加固質量差古漢山礦1305113091150711509115092ⅠⅡⅠⅡⅡⅢⅠⅡⅠⅡⅠ區(qū)44470.07L2+L8Ⅰ區(qū)27052.89L2+L8Ⅱ區(qū)29468.36L2+L8068.06L2+L8中等危險區(qū)2107.06(下分層)L2+L8較弱較弱較危險較弱較危險危險危險中等較危險中等0.380.060.50.020.1中等中等差中等差差好好中等中等二分層開采演馬莊礦2206122071ⅠⅠⅡⅠ區(qū)1 14032.68L8Ⅱ區(qū)30058.22L2+L8危險中等較危險0.290.02中等中等中等加固質量差

表2 焦作礦區(qū)鉆孔水壓、涌水量和注漿量劃分標準
Table 2 Standard for dividing water pressure,water inflow and grouting amount of boreholes

評價結果水壓劃分涌水量劃分/(m3·h-1)注漿量劃分/t高達到L2灰?guī)r含水層水壓>80>500中達到L8灰?guī)r含水層水壓30≤涌水量≤80100≤注漿量≤500低低于L8灰?guī)r含水層水壓<30<100

2.2.3解析圖型

從工作面開切眼到終采線選擇涌水量大的典型的鉆孔，繪制因子解析圖。以九里山礦14141工作面為例，如圖2所示。各分區(qū)鉆孔涌水量和水壓大致呈正相關關系，大部分高、中涌水量鉆孔的水壓達到L2含水層水壓，表明出水的主要水源為L2含水層。大部分低涌水量鉆孔水壓介于L8,L2含水層水壓之間，表明主要水源是L8含水層。

圖2 九里山礦14141工作面沿走向水量-水壓關系Fig.2 Relationship between the water inflow and water pressure in 14141 working face in Jiulishan mine

14141工作面嚴重危險區(qū)中大涌水量的鉆孔共有10個，孔均涌水量54.60 m3/h，評分為2，孔均水壓(2.11 MPa)為中水壓，評分為2;工作面中等危險區(qū)中涌水量的鉆孔共有10個，孔均涌水量17.58 m3/h，孔均水壓(1.74 MPa)為中水壓;工作面弱危險區(qū)小涌水量的鉆孔共有152個，孔均涌水量2.58 m3/h，孔均水壓(1.24 MPa)為低水壓。

嚴重危險區(qū)高涌水量、高水壓的鉆孔大部分集中在斷層影響區(qū)域，評分為3，表明斷層帶是底板突水危險區(qū)。也是重要導水通道。該工作面綜合評分為2.33。

2.2.4指標顯隱性分析

針對工作面嚴重危險區(qū)鉆孔涌水量、揭露水壓及斷層帶影響進行綜合評分，結果發(fā)現(xiàn)已發(fā)生突水事故的9個工作面的平均評分為2.6;未發(fā)生突水事故的4個工作面的平均評分為2.33。各工作面評價結果參見表1(6列)。兩類工作面評分有略微差異，表明鉆孔水壓及涌水量是突水的一般指標。

2.3 工作面底板導水性因子

探究鉆孔出水點、涌水量及其分布特征與各底板含水層的位置關系，可以了解工作面底板導水性及相應危險性。

2.3.1底板導水性分布類型

B型分布:L8與L2含水層之間有大量出水點且涌水量大，表明底板導水性好，危險大，評分為5;

H型分布:L8和L2含水層有集中的出水點且涌水量較大;兩含水層之間有出水點，表明底板導水性較好，危險較大，評分為4;

U型分布:在L8和L2含水層有集中的出水點和涌水量;兩含水層之間無出水點，表明L8和L2含水層富水性較好，但兩者水力聯(lián)系弱，底板導水性中等，危險中等，評分為3;

L型分布:在L8和L2含水層有集中的出水點和涌水量;L8含水層以下無出水點，表明L8含水層富水性較強。由于對L2含水層進行了大量的注漿，并且可以便利探測注漿效果，因此底板導水性較差，危險較弱，評分為2;

J型分布:在L2含水層有集中的出水點和涌水量;L8與L2含水層之間無出水點，表明L2含水層富水性較強，但和L8含水層水力聯(lián)系弱，底板導水性差，危險弱，評分為1。

2.3.2解析圖型

該因子有1組3種解析圖，包括工作面鉆孔終孔深度、出水點和涌水量在不同垂深的分布圖(圖3)。以趙固一礦12041工作面為例，其L8含水層底板垂深約28 m，厚度均為8.7 m，L2含水層底板垂深約85 m，厚度均為9.8 m，如圖3(a)所示，鉆孔終孔深度多位于L8和L2含水層之間，主要集中在65～80 m段。如圖3(b)所示，出水點多集中分布于L8含水層附近和垂深70～80 m的L2導升帶。如圖3(c)所示，鉆孔涌水量較大;L8與L2含水層之間也分布有一些出水點和一定涌水量。因此，其底板導水性屬H分布的范疇，底板突水危險性較大，安全性較低。

圖3 趙固一礦12041工作面底板導水性分布Fig.3 Floor water-conducting properties distribution in 12041 working face of Zhaogu No.1 mine

2.3.3指標顯隱性分析

通過分析13個突水與未突水工作面，結果發(fā)現(xiàn)突水危險性評價結果與實際突水情況是有相關性的。其中有5個突水工作面底板導水性分布為H型或B型，突水危險性較大。但有些工作面評價結果存在一定差異，有4個突水工作面底板導水性分布為U型或L型，突水危險性中等及較低，4個未突水工作面中有3個工作面表現(xiàn)為H型或B型，突水危險性較大。這是由于突水點往往位于范圍較小的嚴重危險區(qū)，而該因子指標是針對整個工作面底板導水性類型進行劃分，導致弱化了評價的準確性。因此工作面底板導水性分布為隱性指標。

2.4 工作面嚴重危險區(qū)底板導水性因子

按照2.3中所述的底板導水性分布劃分類型標準，對各工作面嚴重危險區(qū)底板導水性進行劃分。

2.4.1解析圖型

結合工作面底板突水危險區(qū)分布圖例，仍然采用各嚴重危險區(qū)鉆孔終孔深度、出水點和涌水量這1組3種因子解析圖(圖4)。以趙固一礦12041工作面Ⅱ嚴重危險區(qū)為例，如圖4(a)所示，Ⅱ嚴重危險區(qū)鉆孔終孔深度在40～90 m段，達到L2含水層上部;如圖4(b)所示，底板出水點多集中在L8,L2含水層之間，表明兩者存在水力聯(lián)系;如圖4(c)所示，工作面淺部涌水量較小，隨著底板垂深的增加，其明顯增大，在L2含水層上部達到最大。同時，L2導升帶附近單次涌水量明顯大于L8含水層附近單次涌水量，L8含水層補給性不強，與深部富水性強的L2含水層之間有水力聯(lián)系。Ⅱ嚴重危險區(qū)底板導水性分布劃分為H分布范疇，突水危險性較大，底板加固時需重點關注。

2.4.2指標顯隱性分析

通過分析，參見表1(7列)，焦作礦區(qū)17個未突水工作面的嚴重危險區(qū)發(fā)現(xiàn)其中有11個底板導水性分布為U,L或J型，危險性偏弱;對已發(fā)生突水事故的8個工作面嚴重危險區(qū)分析，發(fā)現(xiàn)底板導水性分布為H或B分布，危險性大。已發(fā)生突水事故的8個嚴重危險區(qū)的平均得分為3.88分;未發(fā)生突水事故的17個嚴重危險區(qū)的平均得分為2.82分。兩者存在明顯差異，表明該評價指標有一定的指導意義。這是由于相比于整個工作面的底板導水性，該因子指標的針對區(qū)域是突水危險性較高的嚴重危險區(qū)，評價區(qū)域范圍縮小，準確性明顯提高。故工作面嚴重危險區(qū)底板導水性分布為顯性指標。

圖4 趙固一礦12041工作面Ⅱ嚴重危險區(qū)底板導水性分布Fig.4 Floor water-conducting properties distribution at No.2 dangerous zone in 12041 working face of Zhaogu No.1 mine

3 工作面注漿效果類影響因子

工作面注漿效果類提煉出3個影響因子，共有3種解析圖型，包含2個顯性因子指標和2個隱性因子指標。

3.1 工作面正常帶與斷層帶注漿量差異因子

斷層的影響區(qū)域內，巖體裂隙發(fā)育，為地下水運移及儲存提供通道和場所，突水的危險性增強，同時具有良好的可注性，故在注漿區(qū)域內分別平行斷層走向、傾向，將斷層兩側15 m劃定為斷層影響帶，其余區(qū)域為正常帶。有2個評價指標。

3.1.1正常帶單位面積注漿量Qz

由于底板注漿深度已基本確定，單位面積注漿量也可反映底板立體加固情況。

焦作礦區(qū)正常帶單位面積注漿量Qz分級標準:

Qz≥0.1 t/m2

說明工作面底板垂向導水性較好，危險性大;

Qz≤0.1 t/m2

說明工作面底板垂向導水性差，危險性小。

3.1.2注漿系數

定義注漿系數Z為工作面斷層影響帶單位面積注漿量Qd與正常帶單位面積注漿量Qz的比值。用來反映注漿量在斷層帶和正常帶的差異程度。

3.1.3解析圖型

根據上述注漿區(qū)域劃分方式，在工作面采掘工程平面圖上增加斷層帶和正常帶的劃分和顯示，形成因子解析圖。例如，對趙固二礦11131工作面注漿區(qū)域劃分，如圖5所示。用陰影區(qū)域表示工作面斷層影響帶，工作面斷層影響帶總面積31 218.7 m2，施工注漿鉆孔69個，注入干料總計2 809.68 t，單位面積注入干料0.09 t/m2，均孔注入干料40.72 t;工作面正常帶總面積117 521.3 m2，施工注漿鉆孔108個，注入干料總計3 055.6 t，單位面積注入干料0.026 t/m2，均孔注入干料28.2 t，注漿系數為3.5。結合工作面嚴重危險區(qū)分布圖可知，嚴重危險區(qū)都位于工作面斷層影響帶內。由于斷層影響帶內底板巖層裂隙發(fā)育，致使其單位面積注漿量和均孔注漿量均明顯高于工作面正常帶。

圖5 趙固二礦11131工作面注漿區(qū)域劃分Fig.5 Division of grouting region in 11131 working face of Zhaogu No.2 mine

3.1.4指標顯隱性分析

以焦作礦區(qū)為例，參見表1(8列)，對比發(fā)現(xiàn):已發(fā)生突水的9個工作面中有6個正常帶單位面積注漿量大于0.1 t/m2，底板導水性強，未突水的4個工作面正常帶單位面積注漿量均小于0.1 t/m2，故正常帶單位面積注漿量Qz為顯性指標。

注漿系數具有雙重意義，一方面，該系數大表明斷層帶底板裂隙發(fā)育且連通性好、導水性強、突水危險性高;另一方面，系數大表明大量的注漿材料使得裂隙可能得到有效封堵，降低了底板斷層帶的導水性，提高了斷層帶底板的完整性和阻水能力。

在有斷層構造的9個工作面中，突水與未突水工作面的注漿系數具有一定的離散性，無明顯差異，故注漿系數為隱性指標。但該系數對于認識斷層帶的基本情況是有益的。

3.2 注漿孔水壓與累計注漿量疊加因子

底板在注漿改造過程中，累計注漿量和水壓的變化特征在一定程度上反映底板裂隙封堵的有效性。一般情況下，隨底板注漿持續(xù)進行，鉆孔最高水壓的增加、最低水壓的減小以及累計注漿量出現(xiàn)平穩(wěn)段均能夠表示注漿效果好。

3.2.1解析圖型

對比注漿過程中累計注漿量與水壓的特征，繪制因子解析圖。以古漢山礦13091工作面為例，如圖6所示，OA段注漿初始水壓介于L8與L2含水層水壓之間，初步判斷補給水源來自L8與L2含水層;隨著對底板持續(xù)進行注漿加固，AB段水壓波動較大，由于受到多孔注漿的影響，最高水壓明顯增大;BC段累計注漿量有一定的基本穩(wěn)定段，同時鉆孔最低水壓有減小的趨勢，表明注漿基本飽和，底板的導水性降低，裂隙得到有效封堵，注漿效果好。

圖6 古漢山礦13091工作面水壓-累計注漿量關系Fig.6 Relationship between the water pressure and cumulative grouting amount in 13091 working face in Guhanshan mine

3.2.2指標顯隱性分析

結果發(fā)現(xiàn)由于各礦注漿加固深度不同，底板巖體裂隙率不同，各工作面實際突水情況與其平均注漿效果評估結果差異較大，故注漿孔水壓及累計注漿量為隱性指標。但隨鉆孔數據的增多，可能歸納出規(guī)律性的認識。

3.3 注漿孔水壓、涌水量及注漿量次序變化因子

根據注漿鉆孔水壓、鉆孔最大涌水量和注漿量這3個參量(以下簡稱“三參量”)的排列，每個參量劃分為高、中和低3個等級，具體標準見表2。

3.3.1解析圖型

對工作面嚴重危險區(qū)注漿情況進行分析，發(fā)現(xiàn)工作面內嚴重危險區(qū)鉆孔的涌水量、水壓及注漿量受鉆孔施工先后順序影響較為明顯，繪制因子解析圖，如圖7所示。以九里山礦14141工作面為例，Ⅱ嚴重危險區(qū)，開始階段出現(xiàn)低水壓、低水量和低注漿量的鉆孔;中段揭露高水壓、中水量和中注漿量的鉆孔，注漿效果好;結束時出現(xiàn)高水壓、低水量和低注漿量情況，注漿效果好。該工作面在底板注漿后未發(fā)生突水事故。各礦區(qū)可根據工程經驗制定相應的注漿效果評價標準。

圖7 九里山14141工作面Ⅱ危險區(qū)注漿“三參量”變化特征Fig.7 Variation characteristics of grouting “3 parameters” at Ⅱ dangerous zone in 14141 working face of Jiulishan mine

3.3.2指標顯隱性分析

以焦作礦區(qū)為例，參見表1(9列)，共有17個未突水工作面危險區(qū)，其中有15個注漿效果綜合評價中等偏好;已發(fā)生突水事故共有8個危險區(qū)，其中有7個注漿效果綜合評價較差。兩者對比表明兩類危險區(qū)有明顯差異，說明該評價指標具有一定指導意義，故該指標為顯性指標。

4 “三參量”評價方法

4.1 以往評價方法與問題

以往焦作礦區(qū)注漿加固工程效果的評價指標:檢查孔水量小于10 m3/h,注漿壓力大于含水層的2.0倍。鉆孔注漿量小于60 L/min,大于30 min。未考慮鉆孔涌水量、水壓和注漿量。

4.2 三參量評價方法及效果

4.2.1評價方法

按各嚴重危險區(qū)的注漿過程和注漿結束2個階段，按照注漿“三參量”按照水壓、涌水量及注漿量的施工順序進行評價，然后對總體注漿效果進行評價。是一種定性評價底板注漿改造加固效果的方法之一。

以上述九里山礦14141工作面Ⅱ嚴重危險區(qū)為例，如圖7所示，對其進行評價，結果表明:在注漿過程出現(xiàn)高水壓、中水量和中注漿量情況，注漿效果好;注漿過程中揭露高水壓、高水量、高注漿量的鉆孔，表明該區(qū)域底板富水性強，裂隙發(fā)育，有利于漿液擴散，注漿效果好;注漿后水壓沒有明顯下降，注漿量和水量有下降趨勢，注漿結束后出現(xiàn)高水壓、低水量和低注漿量情況，表明底板內部裂隙得到有效封堵，含水層局部密閉性增加，注漿材料充填裂隙區(qū)域，注漿效果好;總體來看該危險區(qū)底板巖層完整性增加，注漿效果好，基本達到注漿改造的目的。

4.2.2評價效果分析

焦作礦區(qū)各工作面典型突水危險區(qū)注漿過程、注漿結束以及綜合評價結果參見表3。按照差記3分，中等記2分和好記1分的方法進行評分，在8個出水樣本中，2個評為差，5個評為中等，1個評為好，綜合評分為2.13;在17個未出水樣本中，2個評為差，11個評為中等，4個評為好，綜合評分1.88。

對于已經評價合格并開采的工作面，出現(xiàn)2類評分差異，對注漿效果評價有指導意義。綜合考慮“三參量”的注漿條件與效果，是對以往評價參量的補充和提升。目前該評價方法已在九里山礦14141工作面、趙固二礦14030工作面應用，且在14141工作面獲得驗證。之后會在不同礦區(qū)進行不同程度的推廣和應用。

表3 焦作礦區(qū)各工作面嚴重危險區(qū)注漿“三參量”及效果評價
Table 3 Grouting “three parameters” and evaluation at serious dangerous zone of various working faces

礦井名稱工作面工作面突水量/(m3·h-1)危險區(qū)注漿過程及評價注漿結束及評價綜合評價趙固一礦11111Ⅰ區(qū)20012041Ⅱ區(qū)280Ⅰ中低中(好)低低低(好)好Ⅱ低低高(好)中中中(中)中等Ⅱ中中中(中)低低低(好)中等Ⅲ低中低(差)低低低(好)差趙固二礦110300111310Ⅱ中低低(中)中低低(中)中等Ⅳ中中中(中)中低低(中)中等Ⅰ高中中(好)高低低(中)中等Ⅱ高高高(好)高中中(好)好Ⅲ低中低(中)低低低(好)中等九里山礦14101Ⅱ區(qū)2520141410Ⅱ中中高(好)中低低(中)中等Ⅱ高中中(好)高低低(好)好Ⅲ高高高(好)高低低(中)中等古漢山礦13051Ⅰ區(qū)44413091Ⅰ區(qū)27015071Ⅱ區(qū)29415091015092中等危險區(qū)210Ⅱ高中高(好)中低低(中)中等Ⅰ高中低(差)高低低(中)差Ⅱ中中中(中)低低低(好)中等Ⅱ高高中(差)低低低(好)差Ⅲ高高中(差)低低低(好)差Ⅰ高中高(好)中中高(好)好Ⅱ高高高(好)中低中(好)好Ⅰ高中中(好)中低低(中)中等Ⅱ高中中(中)低低低(好)中等演馬莊礦22071Ⅱ區(qū)300Ⅰ中低中(好)中中中(中)中等Ⅱ中低中(好)中低低(中)中等

5 結 論

(1)基于注漿鉆孔數據集，建立注漿加固工作面底板突水危險性評價體系。將影響工作面底板突水的因素大致分為2類7影響因子，一類是注漿條件型，包括工作面突水危險區(qū)因子、沿工作面走向出水水源顯示因子、工作面底板導水性因子以及嚴重危險區(qū)底板導水性因子;一類是注漿效果型，包括工作面正常帶與斷層帶差異因子、注漿孔水壓與累計注漿量疊加因子以及注漿孔水壓、涌水量及注漿量次序變化因子。并提出各自相應的8種解析圖型。

(2)以焦作礦區(qū)為例，通過對比工作面突水與不突水事例中影響因子指標的差異性，對8個因子指標提出評價標準，并進行顯隱性劃分，包括4個顯性指標、1個一般性指標和3個隱性指標，為后續(xù)采用模糊數學等其他方法，評價提供了影響因子的指導。

(3)提出注漿孔水量、水壓、注漿量的動態(tài)“三參量”評價方法，按各嚴重危險區(qū)的注漿過程和注漿結束2個階段，對注漿“三參量”按照水壓、涌水量及注漿量的施工順序進行評價，然后對總體注漿效果和突水危險性進行評價。