武少鵬，李江鋒，侯旭斌

(1.潞安化工集團 健康安全環(huán)保部，山西 長治 046204；2.潞安環(huán)能股份有限責任公司，山西 長治 046204)

1 項目背景

常村煤礦是潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司下屬的現代化礦井，位于山西省長治市屯留縣城東北10 km(直距)處，該礦2311綜放工作面上覆有一條鐵路(潞安專線)壓覆，如圖1所示。

圖1 DX22-4陷落柱位置

為節(jié)約煤炭資源，延長礦井服務年限，決定采用覆巖離層區(qū)注漿充填技術釋放鐵路壓煤，可解放資源148萬t煤炭資源，實現綠色開采。

覆巖離層注漿減沉開采技術是在對煤炭開采形成的上覆巖層離層空間進行研究的基礎上，將粉煤灰制成的漿液通過地表鉆孔注入地下離層空間，提前干預上覆巖層下沉，人為形成覆巖結構，進而控制地表塌陷。注漿充填系統主要由地面制漿站、注漿站、輸漿系統、注漿鉆孔等組成。注漿方案主要由注漿工藝、注漿站建設、制漿系統、注漿系統、閉漿措施等組成。

但是，2311綜放工作面范圍內存在一大型陷落柱DX22-4。注漿孔(CC23-11、CC23-B11、CC23-13等)進行注漿作業(yè)時，由于離陷落柱DX22-4較近，會出現串液現象，致使?jié){液串入綜采工作面，既影響工作面生產，又達不到控制地表沉陷的效果。

鑒于此，需先對陷落柱DX22-4開展探查工作，在探查的基礎上針對性地進行治理。

2 陷落柱勘探

2.1 陷落柱概況

DX22-4陷落柱位于2311工作面中部，靠近此次重點保護余吾鐵路運銷專線，根據現有資料陷落柱為近橢圓形，長軸約60 m，短軸約53 m，面積約2 073 m2(見圖1、圖2)。

圖2 DX22-4陷落柱發(fā)育平面形態(tài)

2.2 勘查方案設計

在陷落柱中部放一個探查孔，兼探煤層埋深及關鍵層位置，查明陷落柱頂部空腔發(fā)育特征、陷落柱邊界、導水性以及對關鍵層的影響(見表1和圖3)。

表1 陷落柱勘探方案

圖3 勘探孔井身結構

2.3 勘探結果

1) 柱內巖石破碎，多具有棱角狀；

2) 柱內巖層均為上覆地層，在柱邊常見本層巖石；

3) 充填物多為泥砂物或煤屑、煤泥，充填于巖塊之間；

4) 柱內壓實程度不等，有的較為密實，有的松散易垮落，淺部發(fā)育陷落柱柱內壓實程度高于深部所見陷落柱；

5) 陷落柱在空間上呈倒漏斗狀，上小下大，塌陷角一般為60～85°，平均75°；

6) 陷落柱易導水。

因此，為了確保注漿的效果，必須對陷落柱進行治理。

3 陷落柱治理方案

在陷落柱頂部利用多分支定向井下骨料注漿形成底托，對陷落柱影響帶邊界進行注漿加固，并對奧陶系灰?guī)r注漿加固改造。采用下行探測、分段注漿的原則，保證阻水塞厚度不小于30 m，形成阻水塞[1]。

3.1 鉆井方案

設計鉆井9個，直井1個，定向井8個(其中注漿定向孔6個，注漿效果檢驗及補強鉆孔2個)，設計工作量5 960 m，治理工程部署見圖4。

圖4 治理工程部署

采用三開井身結構，一開采用D311.1 mm牙輪或者PDC鉆頭，鉆進至表土層以下40 m，下入D244.5 mm×8.94 mm鋼級J55的表層套管，固井水泥返至地面；二開采用D215.9 mm PDC鉆頭鉆進至15煤以下10 m，下入D177.8 mm×8.05 mm鋼級J55的套管；三開采用D152 mm PDC鉆頭鉆至設計層位，裸眼不下套管。

3.2 注漿工藝

首先鉆進至目的層，遇到大漏失、大裂隙甚至空腔時進行填骨料，根據空腔、裂隙大小選擇不同顆粒直徑的骨料，現場進行試驗，空腔較大時可以先注入米石、面沙等，采用先粗后細的次序，然后在水泥漿中摻入鋸末、棉籽殼等注入，采用間歇式注漿，最后用水泥水玻璃漿液封堵，在奧陶系灰?guī)r處形成一個底托。在底托(注漿下邊界)形成之后，采用定向孔對陷落柱邊界進行探查注漿，漿液不易往奧灰中流失，利于漿液橫向擴散以及向上擴散，形成一定厚度的“堵水塞”。定向井中注漿壓力不易過大，注漿終壓8 MPa為宜(壓力過大不易形成底托)。

注漿材料為32.5硅酸鹽水泥，其質量應符合國家GB175-2007標準，不得使用受潮結塊或過期的水泥[2]。

根據注漿需要可采用水泥-水玻璃漿雙液漿，水玻璃模數宜為2.4～3.0，濃度宜為30～45波美度，在現場進行注漿配比試驗，確定不同配比的材料摻入量及其漿液比重、凝結時間等性能指標[3]。

水泥單液漿中可加入0.03%～0.05%三乙醇胺和0.3%～0.5%食鹽作為早強劑[4]。

漿液比重和配比：漿液比重1.3～1.5，特殊情況可調高至1.6。水灰比分別為2.0∶1，比重1.29；水灰比1.4∶1，比重1.39；水灰比1.0∶1，比重1.51；水灰比0.8∶1，比重1.60。原則上要先稀后濃，進行注漿作業(yè)[5]。

3.3 陷落柱治理檢驗

注漿完成后，利用CC23-B11鉆孔井場實施2個定向鉆井穿過陷落柱，探查陷落柱封堵情況(見圖5)。

圖5 治理工程示意

經檢驗，陷落柱處理效果良好，其填充物的凝結性和導水性得到了有效控制，在進行注漿作業(yè)時不會形成串液。

4 結 語

綜上所述，為了確保2311工作面上覆巖層離層注漿的有效性，在對DX22-4陷落柱進行處理后，陷落柱附近的注漿孔進行注漿作業(yè)時不會出現串液現象，可達到有效控制地表沉陷的效果。