馮聰聰

(山西汾西礦業(yè)(集團)有限責任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033300)

陷落柱會給煤炭正常開采帶來不利影響，具體體現(xiàn)在：陷落柱造成煤層不連續(xù)，陷落區(qū)內(nèi)及周邊部分巖石會代替原有煤層；陷落柱是瓦斯、水等存儲、運移通道，采掘作業(yè)面推進至陷落柱時會產(chǎn)生安全威脅；陷落柱會影響煤質，給采掘作業(yè)面頂板管理帶來影響[1-4]。由于陷落柱附近煤巖體較為破碎，是良好的導水通道，當煤層底板存在承壓含水層且發(fā)育有隱伏陷落柱時，受到采掘影響底板承壓水可能會從陷落柱沿著采動裂隙向回采空間涌出，給采面正常生產(chǎn)帶來威脅[5-7]。

1 工程概況

山西某礦主采煤層為1#、9#、10#、11#煤層，礦井開采范圍水文地質條件較為復雜。由于長期受到奧灰?guī)r溶水活動影響，井田范圍內(nèi)陷落柱較為發(fā)達。臨近的礦井在煤炭開采時受到陷落柱影響曾經(jīng)出現(xiàn)淹井事故，給礦井帶來嚴重的財產(chǎn)損失。經(jīng)過前期勘探，在礦井1#煤層1605綜采工作面底板下方存在有一半徑約為20 m、高約40 m隱伏陷落柱，該陷落柱與1#煤層底板間距約為70 m。在1#煤層下方存在有承壓含水層，水頭壓力約為6.0 MPa。

2 模擬分析

2.1 模擬模型構建

以1605綜采工作面為工程實例，對采面開采過程中底板裂隙發(fā)育以及對陷落柱影響進行分析。1605綜采工作面頂?shù)装鍘r層巖性以砂巖、砂質泥巖為主，具體構建的模擬地質模型，如圖1所示。

圖1 模擬地質模型

底板隱伏陷落柱位于采面底板巖層內(nèi)，為了更好的監(jiān)測采面開采過程中陷落柱變形情況，在陷落柱上部3個測點(A1、A2、A3)觀測陷落柱上部巖層變化情況，從而確定的判定采面開采裂隙是否與陷落柱聯(lián)通，具體陷落柱內(nèi)測點布置示意圖，如圖2所示。

圖2 陷落柱內(nèi)測點布置示意圖

2.2 模擬結果分析

具體采面開采后陷落柱上部A1、A2、A3垂向高度變化情況，如第99頁圖3所示。

圖3 陷落柱上部測點垂向高度變化監(jiān)測結果

從圖中看出，當采面在0 m～70 m范圍開采時，陷落柱上部A1、A2、A3測點垂向位移變化曲線波動交下，各個測點位移量基本為0；采面在70 m～130 m范圍內(nèi)開采時，隨著采面推進距離增加A1、A2測點垂向位移開始明顯增漲，變化曲線成階梯上升趨勢，A3測點垂向距離變化不明顯；采面在130 m～150 m范圍內(nèi)開采時，A1、A2、A3測點垂向位移均顯著增加，各測點最大變形量分別為50 mm、28 mm、6.7 mm。綜上可看出，陷落柱在靠近采面一側測點垂向位移變化最為明顯，再遠離采面一側測點垂向位移變化較小，隨著采面不斷推進陷落柱上部布置的各測點垂向位移量均不斷增加。

在采面回采推進過程中，隨著采面與陷落柱中軸線間距不斷縮小，采面底板巖層應力集中更為明顯，垂向應力最大可到45 MPa，底板巖層與陷落柱距離越遠破壞區(qū)越發(fā)育。從A1、A2、A3測線垂向位移監(jiān)測結果得出，在采面采用動壓以及陷落柱內(nèi)承壓水作用下底板巖層采動裂隙與陷落柱間出現(xiàn)聯(lián)通，陷落柱上部巖層出現(xiàn)剪切破壞，且與采面距離越近破壞范圍越大。因此，為了確保采面生產(chǎn)安全，應采底板隱伏陷落柱采取針對性防治措施。

3 底板隱伏陷落柱防治

3.1 注漿封堵鉆孔布置

根據(jù)礦井以往陷落柱防治水經(jīng)驗并采用工程類比法，決定在1605綜采工作面采用在注漿封堵技術對突水防治。通過注漿封堵底板導水裂隙從而增強采面底板巖層隔水能力。根據(jù)陷落柱在采面位置關系，決定在采面進風巷、回風巷內(nèi)各布置3個注漿孔，對陷落柱進行注漿封堵。布置的注漿鉆孔孔徑為55 mm，鉆孔間間距為8 m、注漿孔深度為85 m～113 m，具體注漿孔布置，如圖4所示。

圖4 注漿孔布置平面示意圖

3.2 注漿參數(shù)

注漿加固材料選用封堵效果較好的水泥-水玻璃雙液漿，該注漿材料具有凝結時間段、隔水封堵能力強等優(yōu)點。水泥采用普通硅酸鹽水泥，水灰比按照1.2∶1布置，注漿壓力確定為10 MPa。從已有的水位地質資料得知，陷落柱內(nèi)水頭壓力約為6 MPa，臨近水壓約為0.06 MPa/m，陷落柱與采面底板間間距約為70 m，為此采面底板加固位置應為底板下方65 m～85 m。

3.3 注漿加固效果分析

待施工完注漿封堵鉆孔后，在陷落柱附近布置4個檢驗鉆孔考察注漿封堵效果。檢驗孔鉆進過程中最大出水量在6.2 m3/h以內(nèi)，最大水頭壓力為0.74 MPa，表明采用水泥-水玻璃雙液漿有效封堵了陷落柱導水通道，弱化了底板灰?guī)r含水層與導水裂隙間水力聯(lián)系。采面在回采過陷落柱期間檢驗鉆孔出水量以及水頭壓力均呈逐漸降低趨勢，表現(xiàn)通過注漿加固放有效降低了采面過陷落柱期間的突水風險，提升了礦井生產(chǎn)安全保證能力。

4 結語

礦井開采的煤田水文地質較為復雜，經(jīng)過前提探測發(fā)現(xiàn)1605綜采工作面底板存在有隱伏陷落柱，該陷落柱與底板承壓含水層存在水力聯(lián)系。為了確保1605綜采工作面回采安全，采用數(shù)值模擬技術方法對采面開采后底板導水裂隙是否與該隱伏陷落柱聯(lián)通，結果發(fā)現(xiàn)采面開采后陷落柱內(nèi)承壓水可能從采面底板采動裂隙向回采空間涌出。為此采用注漿封堵技術對1605綜采工作面底板導水裂隙進行封堵?，F(xiàn)場應用后，施工的檢驗孔最大涌水量在6.2 m3/h以內(nèi)，最大水頭壓力為0.74 MPa，表明注漿后裂隙帶與底板承壓含水層間水力聯(lián)系得以弱化，采面過陷落柱時不會出現(xiàn)大量涌出問題。