吳慧科

(山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）高河能源有限公司，山西 長治 047100）

地質(zhì)構(gòu)造[1-2]是影響我國煤礦安全開采的重要因素，陷落柱由于其內(nèi)部巖石往往較為破碎且膠結(jié)性差，極易導(dǎo)通底板含水層，且會造成工作面冒頂問題。因此，陷落柱的治理[3-5]是廣大煤炭技術(shù)人員廣泛研究的課題。

1 工程概況

高河礦主采3 號煤層，煤層平均厚6.71m，煤層底板標(biāo)高+350～ +570m，中奧陶統(tǒng)奧灰水位標(biāo)高約為+660m，承受的奧灰水壓介于0.9～3.1MPa 之間，全井田帶壓開采。目前，礦井準(zhǔn)備回采W4301 工作面。根據(jù)三維地震勘探和在W4301 切眼巷鉆探情況，查明Xw15 陷落柱位于W4301 工作面內(nèi)的西南角，距離W4301 切眼巷7m 左右，距離W4301 進(jìn)風(fēng)巷70m 左右，橢圓狀，長軸為東西方向，長度75m，短軸為近南北方向，長度為53m。探測顯示Xw15陷落柱內(nèi)無出水、漏水、滲水現(xiàn)象，判斷該陷落柱為不導(dǎo)水陷落柱。但由于陷落柱內(nèi)部巖石膠結(jié)性較差，巖石較為破碎，回采時(shí)容易發(fā)生頂板冒落和底板陷落事故，加之全礦井帶壓開采，防止采動裂隙與奧灰水導(dǎo)通，降低奧灰水對工作面開采的危險(xiǎn)，決定對該陷落柱進(jìn)行注漿加固。

2 注漿堵水加固方案

2.1 加固范圍及鉆場布置

依據(jù)前期探查查出的Xw15 陷落柱的范圍，水平方向鉆孔控制到Xw15 陷落柱輪廓外20m，垂直方向鉆孔控制到煤層層位頂板以上10m、煤層層位底板以下25m。結(jié)合陷落柱位置，本次注漿堵水加固施工在W4301 切眼施工，切眼高3.8m，巷寬7m，鉆場長度從進(jìn)風(fēng)順槽口向北64m 至144m 處，共80m 范圍。

2.2 鉆孔布置參數(shù)

注漿鉆孔位于W4301 切眼回采側(cè)煤壁，分為頂板鉆孔和底板鉆孔。

（1）底板鉆孔

根據(jù)高河礦地質(zhì)情況，以及以往注漿堵水工程實(shí)踐，設(shè)計(jì)5 排38 個(gè)鉆孔。鉆孔均垂直回采側(cè)煤幫，方位角為90°。具體為：① 第一排8 個(gè)鉆孔，開孔編號Ad（1-8），終孔編號（1-8）d，傾角-29°，鉆孔長度65m；② 第二排8 個(gè)鉆孔，開孔編號Ae（1-8），終孔編號（1-8）e，傾角-16°，鉆孔長度94m；③ 第三排8 個(gè)鉆孔，開孔編號Bf（1-8），終孔編號（1-8）e，傾角-66°，鉆孔長度90m；④ 第四排7 個(gè)鉆孔，開孔編號Be（①-⑦），終孔編號（①-⑦）a，傾角-7°，鉆孔長度91m；⑤ 第五排7 個(gè)鉆孔，開孔編號Ag（1-7）），終孔編號（1-7）g，傾角-51°，鉆孔長度32m。鉆孔布置如圖1 所示，鉆孔參數(shù)如表1 所示。

圖1 底板注漿鉆孔布置平面圖

表1 底板鉆孔參數(shù)表

（2）頂板鉆孔

頂板鉆孔同樣按照5 排設(shè)計(jì)，共32 個(gè)注漿鉆孔。鉆孔均垂直回采側(cè)煤幫，方位角90°。具體為：① 第一排8 個(gè)鉆孔，編號Ca（1-8），傾角26°，鉆孔長度22m；② 第二排8 個(gè)鉆孔，編號Cb（1-8），傾角11°，鉆孔長度51m；③ 第三排8 個(gè)鉆孔，開孔編號Cc（1-8），傾角6°，鉆孔長度91m；④ 第四排7 個(gè)鉆孔，開孔編號Cc（①-⑦），傾角6°，鉆孔長度91m；⑤ 第五排1 個(gè)鉆孔，開孔編號Cf，傾角27°，鉆孔長度89m。鉆孔布置如圖2所示，鉆孔參數(shù)如表2 所示。

圖2 頂板注漿鉆孔布置平面圖

表2 頂板鉆孔參數(shù)表

2.3 鉆孔施工

在鉆孔施工過程中，出現(xiàn)水文地質(zhì)等異常情況，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)并調(diào)整鉆孔角度、方位、深度、數(shù)量。鉆孔施工自進(jìn)風(fēng)順槽側(cè)開始，排與排之間、每排孔與孔之間采用間隔施工。

2.4 鉆孔結(jié)構(gòu)及施工工藝

注漿鉆孔采用兩級孔徑，開孔孔徑Φ113mm，施 工 到10m 停 止， 下 入Φ108mm 套 管（ 長10m），并安裝孔口安全裝置?？卓诠鼙诤笞⑷?2.5R 普通硅酸鹽早強(qiáng)水泥，凝固時(shí)間8～12h 達(dá)到強(qiáng)度、封閉效果要求后，用Φ75mm 鉆頭透孔至孔底再鉆進(jìn)0.5～1m起出鉆具，然后孔口安裝測壓系統(tǒng)，孔口壓力達(dá)到4MPa，并持續(xù)穩(wěn)壓30min，試驗(yàn)鉆孔周邊無滲漏水、套管無位移、幫底無鼓起、頂無冒落現(xiàn)象。測試合格后，更換Φ75mm 鉆頭，繼續(xù)鉆進(jìn)至終孔層位。

3 注漿堵水施工工藝

3.1 注漿材料及漿液

本次注漿采用42.5R 普通硅酸鹽早強(qiáng)水泥。每個(gè)鉆孔在注漿前均需進(jìn)行壓水試驗(yàn)，沖孔并疏通孔內(nèi)巖石裂隙，并由此決定漿液濃度，原則上漿液先稀后稠，出現(xiàn)跑漿和串孔時(shí)提高漿液濃度。

3.2 注漿方式及壓力

采用終孔一次性連續(xù)注漿。根據(jù)該處底板承受的奧灰水壓為1.67MPa，初步確定Xw15 陷落柱注漿加固終壓為4MPa。施工過程中根據(jù)實(shí)際情況可適當(dāng)調(diào)整注漿壓力。

3.3 注漿順序

原則上施工一孔注一孔，如經(jīng)初步探查孔做壓水、壓漿聯(lián)通試驗(yàn)相互無影響，可以邊打孔邊注漿或同時(shí)實(shí)施兩個(gè)及多個(gè)注漿孔同步注漿。每個(gè)鉆孔施工中出現(xiàn)5m3/h 水量以上的，起出鉆具隨時(shí)注漿，自始至終反復(fù)透孔，直至達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

注漿過程中在注漿壓力達(dá)到4MPa 時(shí)，認(rèn)為該孔達(dá)到壓力結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。達(dá)到壓力標(biāo)準(zhǔn)后應(yīng)逐次降低泵量至50L/min，并維持30min。

4 現(xiàn)場施工效果分析

4.1 施工情況

本次注漿施工共計(jì)37d，完成70 個(gè)鉆孔的注漿施工，共計(jì)進(jìn)尺4969m；累計(jì)使用水泥83t，單孔最大注漿量為12t，最小為0.25t，平均1.17t；注漿壓力均超過4MPa，最高達(dá)11MPa。鉆孔施工過程中對各鉆孔的施工情況及出水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，單孔出水量最大為0.3m3/h，最小出水量為0.08m3/h，說明回采過陷落柱時(shí)底板不會發(fā)生大的突水事故。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

本次注漿堵水施工實(shí)際發(fā)生工程費(fèi)用175 萬元。根據(jù)Xw15 陷落柱的實(shí)際探測情況，采用注漿堵水加固后工作面推進(jìn)長度可增加約100m，可多回收煤炭資源約23.3 萬t。按照每噸煤100 元利潤計(jì)算，再扣除注漿加固施工工程費(fèi)用后，可實(shí)際增加利潤約2155 萬元，

4.3 效果分析

由于Xw15 陷落柱距W4301 工作面切眼較近，工作面初采期間就會揭露陷落柱，且老頂初次來壓強(qiáng)度較大，因此，在工作面回采過陷落柱期間，需加強(qiáng)對工作面頂板的管理。隊(duì)組拉架工嚴(yán)格按照作業(yè)規(guī)程要求，保證工作面液壓支架的初撐力，并及時(shí)打開護(hù)幫板護(hù)幫，且在頂板破碎時(shí)采取跟機(jī)帶壓拉架和提前帶壓拉架的方法，保證工作面頂板安全?；夭晒ぷ髅嬖谶^陷落柱期間沒有出現(xiàn)大范圍的片幫冒頂現(xiàn)象，并且陷落柱未與底板奧灰含水層導(dǎo)通，沒有出現(xiàn)工作面頂板淋水和涌水現(xiàn)象，保證了回采工作面安全高效生產(chǎn)。

5 結(jié)論

通過采用注漿堵水加固和加強(qiáng)工作面頂板管理等技術(shù)方法后，W4301 工作面可多回收煤炭資源約23.3 萬t，可增加利潤約2155 萬元。在工作面回采過陷落柱期間沒有出現(xiàn)大范圍的片幫冒頂現(xiàn)象，也沒有出現(xiàn)淋水、涌水現(xiàn)象，保證了回采工作面安全高效生產(chǎn)。