王豐旺 張 偉

(西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司屯蘭礦，山西省古交市，030206)

隨著我國(guó)煤礦開采深度的增加，所面臨的地質(zhì)條件也越來越復(fù)雜。當(dāng)?shù)V井穿過斷層破碎帶時(shí)，通常會(huì)造成突水淹井事故，嚴(yán)重威脅著煤礦的安全和高效生產(chǎn)。在斷層破碎帶處，高壓富水層是導(dǎo)致突水事故的主要因素。一般認(rèn)為通過注漿封堵導(dǎo)水通道是最為有效的防治水措施。李玉祥等提出了改進(jìn)注漿施工方法，為立井施工穿過含水層的注漿提供了值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)；蘇曉建等通過試驗(yàn)分散制漿機(jī)、三級(jí)止水套管、復(fù)式固管法等新型注漿工藝，大幅度提高了注漿效果；楊成立等通過采用工作面預(yù)注漿和壁后注漿相結(jié)合的方法封堵涌水，可大幅度降低立井井筒的總涌水量；鄒光華等選用新研制的高效聚亞胺樹脂注漿加固材料對(duì)含水?dāng)鄬悠扑閹нM(jìn)行了注漿加固，顯著提高了破碎帶的力學(xué)性能和隔水性能。由此可知對(duì)斷層破碎帶進(jìn)行注漿封堵是防治礦井水害的有效措施。本文針對(duì)屯蘭礦南翼下組煤膠帶巷掘進(jìn)前方將揭露土地溝斷層，采用底板注漿加固，有效封堵斷層帶及斷層引起的潛在垂向?qū)ǖ?，從根本上杜絕底板奧灰水害威脅。

1 概況

西山煤電(集團(tuán))公司屯蘭礦南翼下組煤膠帶巷位于南六回風(fēng)井附近，地面標(biāo)高1041～1087 m，蓋山厚度384～407 m。主要含水層為奧陶系灰?guī)r含水層，該區(qū)奧灰含水層富水性中等，奧灰水混合水位靜水位標(biāo)高為860 m，膠帶巷底板標(biāo)高670～680 m，水壓1.80～1.90 MPa，南翼下組煤膠帶巷掘進(jìn)前方將揭露土地溝斷層，該斷層在南六回風(fēng)巷揭露落差為90 m，從結(jié)構(gòu)面性質(zhì)看應(yīng)力為壓扭性正斷層，呈階梯狀成組出現(xiàn)，單條斷裂帶不寬，一般1.5～3.5 m，多條階梯狀正斷層組合而成。為防止斷層在水壓和礦壓的共同作用下導(dǎo)致斷層活化，致使南翼下組煤膠帶巷發(fā)生滯后突水，需對(duì)斷層進(jìn)行全面注漿加固治理。通過底板注漿加固，有效封堵斷層帶及斷層引起的潛在垂向?qū)ǖ?，從根本上杜絕底板奧灰水害，保障巷道安全通過。

2 水文地質(zhì)情況

2.1 南翼下組煤回風(fēng)巷揭露土地溝斷層情況

南翼下組煤回風(fēng)巷過土地溝斷層段奧灰水混合水位靜水位標(biāo)高為860 m，回風(fēng)巷底板標(biāo)高692.3 m，水壓1.677 MPa，土地溝斷層下盤及破碎帶突水系數(shù)為0.040 MPa/m。土地溝斷層在該巷道揭露落差為90 m，該斷層從結(jié)構(gòu)面性質(zhì)看應(yīng)為壓扭性正斷層，呈階梯狀成組出現(xiàn)，單條斷裂帶不寬，一般1.5～3.5 m，多條階梯狀正斷層組合而成，巖層較為破碎，裂隙發(fā)育，破碎帶以煤屑和砂巖充填，鏡面擦痕明顯，下盤有明顯牽引，錨索及錨桿孔有少量淋滴水現(xiàn)象，經(jīng)化驗(yàn)水質(zhì)類型為砂巖裂隙水。

2.2 南翼下組煤膠帶巷斷層處奧灰峰峰組富水性評(píng)價(jià)

膠帶巷全區(qū)帶壓，主要含水層為奧陶系灰?guī)r含水層，該區(qū)奧灰含水層富水性中等，奧灰水混合水位靜水位標(biāo)高為860 m，膠帶巷底板標(biāo)高670～680 m，水壓1.80～1.90 MPa，土地溝斷層下盤段及破碎帶突水系數(shù)0.0629～0.0643 MPa/m，上盤段突水系數(shù)0.0237～0.0257 MPa/m。

該區(qū)單位涌水量小于0.1 L/(s·m)，古交礦區(qū)峰峰組不存在強(qiáng)徑流帶，古交斷層以南屬地下水滯留區(qū)，峰峰組埋深由北向南逐漸增大，鉆孔單位涌水量由北向南逐漸減小，峰峰組富水性隨埋深的增加逐漸減弱。南翼下組煤膠帶巷蓋山厚度約407 m，鄰近GS-11號(hào)水文孔，該區(qū)峰峰組埋深較深，約518 m。GS-11號(hào)水文孔于2003年分別對(duì)峰峰組與上馬家溝組做放水試驗(yàn)：峰峰組單位涌水量為0.0087 L/(s·m)，上馬家溝組單位涌水量為0.289 L/(s·m)，數(shù)據(jù)顯示該區(qū)峰峰組地層巖溶不發(fā)育，為弱富水性，上馬家溝組巖溶發(fā)育，為中等富水性。現(xiàn)計(jì)劃施工的南翼下組煤膠帶機(jī)巷斷層下盤距奧灰峰峰組頂界面為35 m，該區(qū)峰峰組厚約110.56 m。

2.3 土地溝斷層賦水性探測(cè)情況

南翼下組煤回風(fēng)巷施工過程中對(duì)土地溝斷層施工8個(gè)探測(cè)鉆孔，鉆孔均穿過斷層破碎帶，未發(fā)現(xiàn)異常出水現(xiàn)象，同時(shí)在停頭采用YCS-160和Protem兩種瞬變電磁儀對(duì)斷層賦水性進(jìn)行探測(cè)，僅局部視電阻率略低，判斷為巖層局部(順層方向、順層偏底板方向45°)弱含水引起，如圖1所示。

圖1 斷層富水性探測(cè)成果圖

南翼下組煤回風(fēng)巷穿過斷層破碎帶時(shí)也未出現(xiàn)出水現(xiàn)象，因此結(jié)合物探、鉆探及南翼下組煤回風(fēng)巷揭露斷層情況分析，南翼下組煤膠帶巷揭露土地溝斷層時(shí)，其破碎帶發(fā)生出水的可能性較小。但由于該段巷道與奧灰間距較近，且為構(gòu)造破壞帶，為防止斷層滯后出水，特制定南翼下組煤膠帶巷過土地溝斷層防治水方案。

3 過土地溝斷層防治水方案

3.1 施工前預(yù)注漿

施工前對(duì)土地溝破碎帶進(jìn)行預(yù)注漿，使巷道周圍至少20 m范圍內(nèi)形成帷幕，本次預(yù)注漿鉆孔施工鉆機(jī)為ZDY3500L全液壓坑道鉆機(jī)，注漿泵為ZBYS-40/12.5-18.5軸向柱塞泵，由于破碎帶充填壓實(shí)情況不明，暫按照5～10 m擴(kuò)散半徑設(shè)計(jì)，注漿過程中漿液需先稀后稠，一個(gè)孔注漿2～3次。

巷道底板注漿加固鉆孔設(shè)計(jì)三排，第一排鉆孔位于斷層下盤與奧灰交界面外側(cè)10 m，第二排位于斷層下盤與奧灰交界面處，第三排鉆孔位于斷層下盤與奧灰交界面以里20 m。每排左、右側(cè)鉆孔控制巷道輪廓線以外15 m，鉆孔間距15 m，每排設(shè)計(jì)鉆孔3個(gè)。第一排、第二排鉆孔終孔深度以進(jìn)入峰峰組灰?guī)r10 m為宜，鉆孔垂直深度45 m，第三排鉆孔垂直深度40 m。本次注漿鉆孔布置圖和剖面圖如圖2所示，鉆孔參數(shù)列于表1。

圖2 注漿孔布置圖

孔號(hào)位置方位角/(°)傾角/(°)孔深/m套管/m127 mm108 mm89 mmZ1-1停頭向外27 m143-34642630Z1-2停頭向外27 m127-34662630Z1-3停頭向外27 m160-34662630Z2-1停頭向外17 m143-34642630Z2-2停頭向外17 m127-34662630Z2-3停頭向外17 m160-34662630Z3-1停頭向外7 m143-34642630Z3-2停頭向外7 m127-34662630Z3-3停頭向外7 m160-34662630合計(jì)5881854270

為提高注漿抗壓強(qiáng)度，增加漿液的結(jié)石率，水泥選用新鮮的Po42.5普通硅酸水泥或XPM型納米灌注劑；為減少漿液的流失，增加抗壓效果，在出現(xiàn)跑漿時(shí)使用水泥或XPM型納米灌注劑——水玻璃雙液漿封堵。水玻璃選用3.0～3.2模數(shù)，波美度40～45。主要以單液為主，雙漿為輔，準(zhǔn)備鋸末等注漿骨料在空隙較大時(shí)使用。水灰比為1∶0.6至1∶1；水泥漿或XPM型納米灌注劑和水玻璃比分別為1∶0.8和1∶0.5，可以根據(jù)施工情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整配比。

3.2 壁后注漿

施工過程中如發(fā)現(xiàn)圍巖或頂?shù)装逵袧B水現(xiàn)象，需及時(shí)停掘，施工注漿孔，對(duì)巷道進(jìn)行二次注漿，及時(shí)封堵涌水通道；如施工過程中無出水，巷道快速掘進(jìn)過土地溝斷層破碎帶后20 m時(shí)，停止掘進(jìn)，對(duì)土地溝斷層破碎帶及前后20 m范圍進(jìn)行砌碹，并對(duì)該段進(jìn)行壁后注漿。

4 結(jié)論

屯蘭礦南翼下組煤膠帶巷掘進(jìn)前方將揭露土地溝斷層，為防止斷層在水壓和礦壓的共同作用下導(dǎo)致斷層活化，致使南翼下組煤膠帶巷發(fā)生滯后突水。本論文采用全面注漿加固治理對(duì)土地溝破碎帶進(jìn)行預(yù)注漿，使巷道周圍至少20 m范圍內(nèi)形成帷幕。對(duì)巷道底板注漿加固鉆孔設(shè)計(jì)了三排，以確保封堵斷層帶及斷層引起的潛在垂向?qū)ǖ溃瑥亩沤^底板奧灰水害，保障巷道安全通過。