基于底板注漿加固的工作面帶壓回采技術(shù)實(shí)踐

摘? ? 要：針對(duì)二111040工作面具體工程地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)了該工作面底板注漿加固方案，按設(shè)計(jì)施工后，進(jìn)行了效果評(píng)價(jià)，通過注漿將工作面底板奧灰上段含水層導(dǎo)水裂隙帶進(jìn)行充填，將含水層改造為隔水層，，增強(qiáng)底板巖層的整體強(qiáng)度，降低其突水系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)回采工作面的安全帶壓回采。

關(guān)鍵詞：底板注漿;加固;帶壓回采

一、地質(zhì)概況

根據(jù)二111040工作面相關(guān)地質(zhì)水文資料，結(jié)合該工作面頂?shù)赘凰畮r層的埋藏條件，對(duì)該工作面突水性影響較大的含水層為底板奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層，該含水層為灰、深灰色厚層狀石灰?guī)r，本工作面范圍內(nèi)頂板埋深600～1000m，距二1煤層底板垂距平均59m，一般情況下，對(duì)二1煤層的回采沒有影響，但由于本含水層富水性、導(dǎo)水性不統(tǒng)一，水源補(bǔ)給條件好，從而水壓較大，是威脅本工作面安全回采的主要水害威脅源，如遇構(gòu)造破壞或隔水層厚度變薄地段使上下含水層發(fā)生水力聯(lián)系，易造成水害事故，對(duì)此應(yīng)引起足夠重視。

二、底板注漿加固方案確定

（一）鉆場(chǎng)布置及鉆孔套管長(zhǎng)度確定

1 因該工作面下部為已采二111060工作面，因此在平面圖設(shè)計(jì)中，分別在二111040工作面上巷底抽巷、二111040工作面下巷，每隔60m布置一個(gè)鉆場(chǎng)，以達(dá)到工作面外輪廓線30m為加固為目標(biāo)范圍，每個(gè)鉆孔終孔位置注漿擴(kuò)散半徑為35～40m為要求，做到該工作面底板注漿加固全覆蓋。另外，鉆孔布置要求長(zhǎng)短結(jié)合、斜孔為主，盡量與地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域垂直或斜交，尤其對(duì)瞬變電磁等物探手段探測(cè)到的異常區(qū)域，需要重點(diǎn)探查并加固，在施工過程中，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)或水情異常區(qū)域，應(yīng)及時(shí)增補(bǔ)鉆孔，進(jìn)行探查加固，經(jīng)鉆探得到驗(yàn)證區(qū)域，可適當(dāng)加大終孔間距。

2 根據(jù)二111040工作面實(shí)際情況，工作面共設(shè)計(jì)鉆場(chǎng)32個(gè)，布置在二111040上巷底抽巷和二111040下巷內(nèi)。鉆場(chǎng)具體位置見附圖。鉆場(chǎng)要盡量選擇在頂、底板較完整、支護(hù)較好地段。鉆場(chǎng)規(guī)格：長(zhǎng)*寬*高=4.5m*5m*3.5m，每個(gè)鉆場(chǎng)間距60m，鉆場(chǎng)附近開挖泵坑或水溝引水至附近泵坑，確保施工鉆場(chǎng)綜合排水能力不小于70m?/h。以二111040工作面下巷7#鉆場(chǎng)為例，其布置如下圖所示：

（二）注漿終壓及鉆孔終孔平面間距確定

由臨近已采的二111080工作面底板注漿加固鉆孔實(shí)揭數(shù)據(jù)知，二111040工作面奧灰水含水層最大靜水壓力為4.22MPa，由此可知，二111040工作面底板注漿改造工程的注漿終壓為12～13MPa（按照注漿終壓為最大靜水壓的2～3倍計(jì)算），根據(jù)已采二111080工作面底板注漿加固經(jīng)驗(yàn)，漿液擴(kuò)散半徑約35～40m，為了有效地改造煤層底板，保證注漿效果，本次底板改造工程鉆孔終孔層位控制在奧陶系灰?guī)r頂界面以下30m，平面終孔間距為70～80m，工作面外側(cè)控制平面距離不小于30m。

（三）底板改造工程注漿改造厚度確定

式中 M—隔水巖柱的實(shí)際厚度（m）;

TS—突水系數(shù)（MPa/m），正常巖層地段，突水系數(shù)選0.1MPa/m，斷層附近及構(gòu)造破碎地段，突水系數(shù)選0.06MPa/m ;

P—底板隔水巖層承受的水壓值（MPa） ;

即：破碎構(gòu)造地帶改造隔水層厚度：? ?完整地帶改造隔水層厚度：

M改=4.22/0.06=70.3m? ? ? ? M改=4.22/0.1=42.2m

完整地帶注漿改造隔水層厚度為煤層底板以下42.2m，破碎構(gòu)造地帶改造隔水層厚度為煤層底板以下70.3m，但由于本工作面奧灰含水層頂界面以下30m以前層富水性相對(duì)較強(qiáng)，本次加固以探查并加固30m以前奧灰含水層為主，即二1煤層底板以下89m。

（四）鉆孔施工順序

鉆孔按照由外往里間隔施工的原則進(jìn)行施工，在單個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)，嚴(yán)禁出現(xiàn)兩個(gè)及兩個(gè)以上鉆孔同時(shí)鉆進(jìn)至奧灰含水層，施工下一個(gè)鉆孔前，必須保證上一個(gè)鉆孔注漿完成且封孔合格，若單個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)使用地面注漿系統(tǒng)進(jìn)行注漿時(shí)，不得進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)。

三、注漿效果分析

（一）工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

二111040工作面底板注漿改造工程共布設(shè)31個(gè)鉆場(chǎng)，完成鉆孔163個(gè)，完成鉆探進(jìn)尺22122.3m，注漿干料量22339.2t，總注漿量與鉆孔總涌水量比值為22.8，單孔最大注漿量為5318.99t，符合設(shè)計(jì)和規(guī)程要求。

（二）突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

二111040工作面二1煤底板至奧灰頂界面垂距平均59m，突水系數(shù)0.08MPa/m;注漿改造厚度為二1煤底板垂距89m，隔水層厚度加大，突水系數(shù)為0.05MPa/m。經(jīng)注漿改造后，該工作面突水系數(shù)均小于1MPa/m，工作面回采臨界突水系數(shù)小于《煤礦防治水細(xì)則》要求。

（三）異常區(qū)、斷層加固效果評(píng)價(jià)

針對(duì)瞬變電磁異常區(qū)已布置驗(yàn)證孔（WT-1）進(jìn)行探查驗(yàn)證，驗(yàn)證孔鉆進(jìn)過程中僅在太原組出水1m?/h，另外該處異常區(qū)內(nèi)還施工了S2-10鉆孔，該孔奧灰層位出水0.5m?/h，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)在異常區(qū)附近存在一處排水泵坑，因此判斷該處異常區(qū)為假異常區(qū)，對(duì)工作面回采影響不大。總之根據(jù)瞬變電磁探測(cè)結(jié)果分析，該工作面全覆蓋注漿加固效果良好;

在工作面施工底板注漿加固鉆孔期間，已對(duì)SF60正斷層進(jìn)行進(jìn)行探查，共設(shè)計(jì)兩個(gè)鉆孔，其中S9-1孔奧灰層位出水3m?/h，、X7-1孔在奧灰層位未見水。根據(jù)探查資料綜合分析，該斷層附近底板含水層富水性較弱，隔水性良好，無奧灰水導(dǎo)升現(xiàn)象。

二111040工作面實(shí)際揭露3條正斷層，其中11040-1和11040-2兩條斷層均為頂板斷層，煤厚變化較小，底板巖層連續(xù)未斷開;11040-3斷層為底板斷層，已布置三個(gè)底板注漿加固鉆孔（S7-4、S8-4和S檢8-1）對(duì)其探查，其中先施工S7-4孔（121.5m出水7m?/h）和S8-4孔（135m出水0.5m?/h），隨后又布置S檢8-1孔進(jìn)行探查驗(yàn)證，鉆進(jìn)至終孔未出水，說明地層巖溶裂隙不發(fā)育，巖體賦水性、導(dǎo)水性及連通性較差。

四、工作面回采中的防治水要求

（一）對(duì)二111040工作面和11采區(qū)涌水量每旬進(jìn)行一次測(cè)量，對(duì)15采區(qū)水文孔奧灰水位進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè);掌控二111040工作面和11采區(qū)涌水量變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)涌水異常變化，則及時(shí)查清異常變化因素，必要時(shí)停產(chǎn)撤人。

（二）每月編發(fā)二111040工作面水情水害預(yù)報(bào)，發(fā)現(xiàn)庫(kù)區(qū)水位超警戒、奧灰水壓異常抬升、底鼓變形、淋水加大等情況要及時(shí)向調(diào)度會(huì)通報(bào);及時(shí)制定相應(yīng)的安全技術(shù)措施，同時(shí)制定相應(yīng)的安全技術(shù)做出危險(xiǎn)性分析，必要時(shí)可采取停采撤人，確保工作面回采安全。

作者簡(jiǎn)介：郭鵬（1991-），男，本科學(xué)歷，畢業(yè)于河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院，助理工程師，現(xiàn)從事煤礦地測(cè)防治水工作。