綜放工作面過(guò)褶曲及斷層影響區(qū)防治水技術(shù)研究

高 浩

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司柳灣煤礦，山西 孝義 032303）

引言

斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造是煤炭開(kāi)采時(shí)常見(jiàn)構(gòu)造類(lèi)型，采煤工作面在地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)內(nèi)回采時(shí)面臨圍巖破碎、變形量大等問(wèn)題，直接影響即為頂板管理困難、煤壁片幫等[1-2]。同時(shí)由于褶曲及斷層影響區(qū)附近裂隙發(fā)育，構(gòu)造裂隙是較好的導(dǎo)水及儲(chǔ)水通道，若采面無(wú)計(jì)劃揭露含水?dāng)鄬踊蛘唏耷鷷r(shí)，輕則導(dǎo)致涌水量增大，重則出現(xiàn)安全事故，帶來(lái)人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失[3-5]。厚煤層開(kāi)采具備產(chǎn)量高、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，但是煤炭開(kāi)采時(shí)采動(dòng)壓力影響范圍廣泛，容易活化地質(zhì)構(gòu)造，給防治水以及頂板管理等工作帶來(lái)影響。為此，眾多學(xué)者對(duì)綜放工作面過(guò)地質(zhì)構(gòu)造時(shí)構(gòu)造應(yīng)力演化特征、活化機(jī)理、注漿加固（封堵）技術(shù)等進(jìn)行大量研究并取得較好應(yīng)用成果[6-8]。文中就在以往研究成果基礎(chǔ)上，以山西某礦401101 綜放工作面過(guò)褶曲及斷層影響區(qū)為背景，針對(duì)性提出防治水技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了煤炭安全高效回采。

1 工程概況

山西某礦設(shè)計(jì)產(chǎn)能560 萬(wàn)t/a，井田開(kāi)采面積35.7 km2，開(kāi)采范圍內(nèi)煤層普遍較厚，復(fù)賦存條件較好，水文地質(zhì)條件中等-簡(jiǎn)單。401101 綜放工作面設(shè)計(jì)走向、傾向長(zhǎng)分別為1 105 m、429 m，回采11#煤層，煤層厚度9.8 m，賦存穩(wěn)定，為礦井主采煤層。11#煤層開(kāi)采期間主要涌水水源為上覆砂巖裂隙水含水層，該含水層厚度為125 m～198 m，富水性較弱。采面運(yùn)輸巷及回風(fēng)巷分別掘進(jìn)至1 010 m、635 m 處揭露DF29 斷層（H=15 m～18 m，65°∠60°），回采巷道揭露斷層期間頂板巖體裂隙發(fā)育，同時(shí)出現(xiàn)少量淋水，斷層面內(nèi)充填有泥巖。同時(shí)DF29 斷層發(fā)育區(qū)位于X1 向斜軸部，受向斜構(gòu)造影響該位置煤層標(biāo)高較低，容易導(dǎo)致頂板裂隙水富集。

為詳細(xì)掌握斷層以及褶曲分布情況，在采面回采巷道內(nèi)進(jìn)行槽波探測(cè)，具體探測(cè)成果，如圖1 所示。為探測(cè)DF29 斷層富水情況，在采面回采巷道內(nèi)布置探測(cè)鉆孔對(duì)斷層富水區(qū)進(jìn)行探測(cè)，共計(jì)布置6 個(gè)探測(cè)鉆孔，具體探測(cè)鉆孔深度以及鉆孔涌水量統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如圖2 所示。從探測(cè)成果看出，探測(cè)鉆孔涌水量介于0.6 m3/h～3.4 m3/h，斷層破碎帶內(nèi)有一定量積水，斷層破碎帶內(nèi)充填物以砂質(zhì)泥巖為主。當(dāng)采面回采至DF29 斷層影響區(qū)時(shí)由于斷層破碎帶內(nèi)有一定積水加之受到X1 向斜影響，此區(qū)域煤層底板標(biāo)高降低，采面在回采期間面臨較大的水害威脅同時(shí)采面頂板破碎，冒頂風(fēng)險(xiǎn)較高。

圖1 采面斷層及褶曲分布示意圖

圖2 探測(cè)鉆孔深度以及鉆孔涌水量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2 綜合防治水技術(shù)應(yīng)用

采面在過(guò)褶曲及斷層影響區(qū)時(shí)使用超前疏排、注漿封堵、快速推進(jìn)以及完善采面排水系統(tǒng)等方式進(jìn)行綜合防治水。

2.1 超前疏排

在采面回采巷道內(nèi)向DF29 斷層影響區(qū)內(nèi)布置超前疏排鉆孔，對(duì)斷層內(nèi)積水進(jìn)行疏排，其中采面回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷分別布置8 個(gè)鉆孔，鉆孔終孔間距控制在25 m，實(shí)現(xiàn)采面開(kāi)采范圍內(nèi)全覆蓋。布置的超前疏排鉆孔終孔均應(yīng)穿過(guò)斷層破碎帶。布置的超前疏排鉆孔累積排放水量約為825 m3。

2.2 斷層帶超前注漿

斷層超前主要包括有注漿封堵破碎帶內(nèi)導(dǎo)水裂隙以及維護(hù)采面頂板穩(wěn)定。注漿鉆孔分別布置在回采巷道以及開(kāi)采面內(nèi)。

2.2.1 回采巷道內(nèi)超前注漿

通過(guò)超前注漿可實(shí)現(xiàn)斷層破碎帶內(nèi)導(dǎo)水裂隙封堵并避免采面回采至斷層破碎帶時(shí)出現(xiàn)頂板冒落或支架壓架等問(wèn)題。在回風(fēng)巷以及運(yùn)輸巷內(nèi)共計(jì)布置17 個(gè)注漿鉆孔，累積向斷層破碎帶內(nèi)注入9.2 t 水泥。

2.2.2 采面內(nèi)超前注漿

采面內(nèi)超前注漿主要目的是確保頂板穩(wěn)定，避免回采過(guò)斷層影響區(qū)時(shí)出現(xiàn)冒落或者支架失穩(wěn)等情況。為實(shí)現(xiàn)頂板有效控制，在采面液壓頂梁上鋪設(shè)金屬網(wǎng)并在支架前梁中間按照1.75 m 間距施工錨索（規(guī)格Φ21.8 mm×7 100 mm、向煤壁方向傾斜60°），通過(guò)錨索及金屬網(wǎng)提高頂板穩(wěn)定性。通過(guò)采面注漿方式進(jìn)一步提升頂板巖體穩(wěn)定性，注漿漿液采用SCPJG 復(fù)合材料（漿液包括A、B 兩種組分），鉆孔開(kāi)孔距離煤層底板3.5 m、鉆孔間隔3.5 m（隔架注漿），具體布置，如圖3 所示。鉆孔施工均用MQT-130 錨桿鉆機(jī)，孔深6 000 mm、孔徑42 mm、封孔2 000 mm。施工完成后及時(shí)向鉆孔內(nèi)注入SCPJG 復(fù)合材料。

圖3 采面內(nèi)注漿鉆孔布置示意圖

2.3 限高開(kāi)采

根據(jù)以往11#煤層回采時(shí)頂板垮落帶、裂隙帶觀測(cè)結(jié)果得出，開(kāi)采后引起的頂板裂隙帶上限約為開(kāi)采厚度的22.56 倍，若采面過(guò)斷層期間仍放煤，則DF26斷層及開(kāi)采后頂板裂隙成為較好的導(dǎo)水通道，會(huì)增加頂板砂巖裂隙向會(huì)回采空間涌出量。為降低采面開(kāi)采擾動(dòng)并避免DF26 斷層與頂板砂巖裂隙水含水層連通，在DF26 斷層影響區(qū)內(nèi)采用限高開(kāi)采方式。具體限高開(kāi)采范圍內(nèi)DF26 斷層前后75 m 范圍內(nèi)，如圖4所示，在限高范圍內(nèi)不放煤，同時(shí)將采面推進(jìn)速度由以往3.2 m/d 提升至6.4 m/d，降低開(kāi)采擾動(dòng)影響。

圖4 限高開(kāi)采區(qū)范圍示意圖

2.4 完善采面排水系統(tǒng)

在401101 綜放工作面過(guò)DF29 斷層及X1 向斜影響區(qū)之前，即參照預(yù)測(cè)得到的斷層涌水情況改造1# 水倉(cāng)及2# 水倉(cāng)。在運(yùn)輸順槽內(nèi)1# 水倉(cāng)擴(kuò)容至800 m3，水倉(cāng)內(nèi)配備2 臺(tái)排量600 m3/h、2 臺(tái)排量500 m3/h 水泵，回風(fēng)巷內(nèi)布置的2#水倉(cāng)擴(kuò)容至600 m3，水倉(cāng)內(nèi)配備5 臺(tái)排量600 m3/h 水泵。1#及2#水倉(cāng)均通過(guò)3 趟管徑Φ325 mm 排水管與中央水泵房連接，排水管路理論排水量可達(dá)到1 500 m3/h，通過(guò)完善的排水系統(tǒng)可明顯降低采面過(guò)斷層及褶曲期間突水風(fēng)險(xiǎn)。

3 應(yīng)用效果分析

在401101 綜放工作面采取綜合防治水技術(shù)措施后，采面在過(guò)DF29 斷層及X1 向斜影響區(qū)時(shí)斷層及褶曲影響范圍內(nèi)煤體及頂板巖層始終穩(wěn)定，回采期間未出現(xiàn)頂板冒落、煤壁片幫或者支架不穩(wěn)等情況；同時(shí)過(guò)斷層期間頂板淋水始終在20 m3/h 以內(nèi)，淋水量較小，不會(huì)給煤炭正常回采帶來(lái)制約。通過(guò)采取綜合性防治水技術(shù)，401101 綜放工作面得以安全、快速通過(guò)DF29 斷層及X1 向斜疊加影響區(qū)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜放工作面回采時(shí)由于煤層厚度較大，開(kāi)采后礦壓顯現(xiàn)更為明顯、頂板導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度更大，更容易導(dǎo)致斷層等地質(zhì)構(gòu)造活化，增大防治水工作難度。401101 綜放工作面回采期間會(huì)通過(guò)DF29 斷層及X1向斜疊加影響區(qū)，斷層具備一定的富水性同時(shí)在向斜影響下煤層底板標(biāo)高較低，防治水及排水難度較大。

依據(jù)401101 綜放工作面現(xiàn)場(chǎng)情況，提出綜合性防治水技術(shù)措施，具體舉措包括有鉆孔超前疏排、注漿封堵、完善采面排水等并通過(guò)頂板注漿、限高開(kāi)采以及適當(dāng)增加回采速度等方式降低開(kāi)采采動(dòng)影響?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，采面在過(guò)DF29 斷層及X1 向斜疊加影響區(qū)時(shí)頂板始終保持穩(wěn)定，采面淋水量控制在20 m3/h以內(nèi)，取得較好的防治水效果。