成建棟
(山西晉能控股煤業(yè)集團沁秀公司岳城煤礦,山西 晉城 048006)
近年來,隨著煤礦開采深度、開采規(guī)模不斷增加,井下水文地質(zhì)條件日趨復(fù)雜,煤礦水害已經(jīng)成為影響安全生產(chǎn)的重大關(guān)鍵問題之一,礦井周邊老窯積水、奧灰水承壓開采、下部煤層頂水開采和地表水體影響,已成為制約礦井安全生產(chǎn)的主要難題。岳城煤礦XV 東軌大巷掘進(jìn)時,受到周邊老窯水、奧灰水及地表水的綜合影響,采取注漿堵水措施對切眼出水點及防隔水煤柱上覆頂板裂隙進(jìn)行了注漿充填治理,堵水效果良好,具有一定的借鑒意義[1-3]。
1308 工作面位于岳城煤礦一盤區(qū),開采3 號煤層。工作面標(biāo)高為+565.9~ +599.0 m,地面標(biāo)高+819.9~ +908.5 m,蓋山厚度237~325 m,平均厚度271 m,上覆為采空區(qū)及小窯破壞區(qū)。工作面走向長度為1 306.3 m,傾斜長度176.8 m,煤厚平均3.2 m。直接頂為K2 灰?guī)r,厚度約為7.26 m,抗壓強度為80.88 MPa,普氏硬度系數(shù)為8.09。結(jié)合該礦地質(zhì)資料可知,上層采空區(qū)存在大量積水,水量約為562 950 m3,采空區(qū)水位標(biāo)高較1308 工作面頂板高30 m 左右。切眼上覆頂板K2、K3、K4 灰?guī)r層不同程度存在溶洞裂隙,溶洞裂隙與采空區(qū)積水溝通。因此非常必要對切眼100 m 范圍內(nèi)富水情況進(jìn)行探測,確定主要導(dǎo)水通道并注漿堵水,保證工作面回采安全。
通過對1308 工作面進(jìn)行綜合物探及注漿堵水施工,有效封堵1308 工作面切眼頂板上方K2 石灰?guī)r內(nèi)小的導(dǎo)水裂隙及其他可能給安全回采造成影響的導(dǎo)水通道,確保工作面回采過程中不受采空區(qū)積水水害影響。
3.1.1 瞬變電磁探測
為查明1308 工作面切眼頂板100 m 范圍內(nèi)富水情況,采用YCS160D 礦井瞬變電磁儀對切眼往外進(jìn)、回風(fēng)順槽100 m 區(qū)域進(jìn)行了瞬變電磁探測。探測結(jié)果如圖1。
圖1 1308 工作面回風(fēng)順槽巷100 m 瞬變探測圖
根據(jù)瞬變電磁探測結(jié)果,在1308 工作面內(nèi)0~120 m 范圍發(fā)現(xiàn)低阻異常,分析為巖溶裂隙水和9 號煤采空區(qū)水影響所致,必須進(jìn)行打鉆驗證。
3.1.2 地質(zhì)雷達(dá)探測
通過ZTR12 本安型防爆地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng),對1308 工作面180 m 和切眼往外進(jìn)、回風(fēng)順槽100 m區(qū)域進(jìn)行了地質(zhì)雷達(dá)探測。探測深度為30 m 范圍的經(jīng)驗數(shù)值,選取時窗500,頻率50 MHz。探測可知頂板13~30 m 附近為重點注漿區(qū)域,在工作面內(nèi)0~120 m 區(qū)域為頂板主要富水區(qū),在切眼內(nèi)頂板顯示裂隙異常區(qū)。鑒于以上探測結(jié)果,判斷需整體對工作面進(jìn)行鉆探驗證,并對裂隙發(fā)育區(qū)域進(jìn)行注漿治理。
根據(jù)礦井瞬變電磁及地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果,并結(jié)合礦井水文地質(zhì)資料得出,需整體對工作面及煤柱外側(cè)40m 區(qū)域上覆巖層進(jìn)行裂隙探測并注漿。
3.2.1 鉆孔布置
(1)切眼頂板K2 灰?guī)r探測孔:主要是探測切眼頂板的裂隙發(fā)育情況。鉆孔位于切眼兩排錨索中間,距切眼煤柱幫1.5 m,鉆孔間距3 m,傾角90°,孔深10 m。
(2)煤柱裂隙探測孔:主要是探測切眼外側(cè)煤柱頂板的裂隙發(fā)育情況。分兩組布置,分別位于切眼內(nèi)45 m 和135 m 處,每組布設(shè)6 個鉆孔,鉆孔終孔覆蓋范圍為1308 工作面外側(cè)煤柱水平40 m垂向35 m 區(qū)域(垂向35 m 鉆孔均打透9 號煤)。
(3)注漿效果檢查孔:主要是檢查切眼外側(cè)煤柱頂板裂隙的注漿情況。分兩組布置,分別位于切眼內(nèi)60 m 和120 m 處,每組布設(shè)4 個鉆孔,鉆孔終孔覆蓋范圍為1308 工作面外側(cè)煤柱水平40 m垂向35 m 區(qū)域。
3.2.2 鉆孔設(shè)計
(1)切眼頂板K2 灰?guī)r富水性探測鉆孔設(shè)計
為了探測切眼頂板K2 灰?guī)r富水導(dǎo)水情況,使用錨索鉆機對切眼內(nèi)頂板K2 灰?guī)r進(jìn)行探測,各鉆孔傾角為90°,孔深10 m(終孔穿過K2 灰?guī)r),鉆孔位于切眼兩排錨索中間,距切眼煤柱幫1.5 m,鉆孔間距為3 m,孔數(shù)60 個。
(2)煤柱裂隙探測鉆孔設(shè)計
在1308 工作面內(nèi)45 m、135 m 兩處布置兩探測鉆場,向外向上施工鉆孔,探測煤柱外側(cè)40 m、頂板35m 范圍內(nèi)巖層含水導(dǎo)水情況,每個鉆場設(shè)計6 個鉆孔(具體參數(shù)見表1),每個鉆孔注入長2 m、Ф108 mm 孔口管。
表1 井下頂板探水鉆孔設(shè)計參數(shù)一覽表
(3)注漿效果檢查孔
在1308 工作面內(nèi)60 m、120 m 兩處布置兩組檢驗鉆孔,覆蓋范圍為工作面外側(cè)煤柱水平40 m、垂向35 m 區(qū)域,每個鉆場設(shè)計4 個鉆孔,鉆進(jìn)采用ZDY1250S 液壓鉆機,配套Φ50 mm×1000 mm鉆桿,鉆頭為Φ75 mm 三翼復(fù)合片鉆頭,鉆孔成孔直徑為75 mm。開孔采用Φ113 mm 擴孔鉆頭(可加扶正器進(jìn)行擴孔),下外徑108mm 孔口管,孔口管長度1 m(1 m×2 根),凝固后固管試壓2 MPa,持續(xù)時間不少于0.5 h。
2019 年1 月6 日—2019 年3 月6 日 期 間,在1308工作面區(qū)域累計施工注漿堵水鉆孔短孔60個,共計進(jìn)尺600 m,長孔17 個,共計進(jìn)尺1412 m。鉆孔出水導(dǎo)致切眼頂板出現(xiàn)淋水后,施工了1~7 鉆孔,并進(jìn)行了注漿治理,注漿后切眼內(nèi)淋水變小,水量為1 m3/h。通過現(xiàn)場跟蹤落實,各鉆孔注漿壓力均達(dá)至3~4 MPa,且長時間吸漿量不再變化才終止注漿,各項指標(biāo)均符合注漿要求,初步判斷注漿效果理想。
切眼主要充水水源為上層采空區(qū)積水和同煤層一盤區(qū)采空區(qū)積水,積水將會通過巖溶裂隙導(dǎo)入1308 工作面,使礦井涌水量增大。通過綜合物探發(fā)現(xiàn)3 處低阻異常和多處裂隙異常區(qū),并結(jié)合物探結(jié)果布置了注漿治理鉆孔,共布置錨索注漿孔60 個,總進(jìn)尺1412 m,注漿量44.7 t。物探驗證結(jié)果表明:切眼垮落范圍內(nèi)不再存在與一盤區(qū)采空區(qū)積水溝通的裂隙,對回采無影響。現(xiàn)涌水量穩(wěn)定在80 m3/h,說明采空區(qū)積水范圍及水量基本無變化。