方 剛，劉柏根，靳德武，梁向陽，劉 洋，夏玉成，王春剛，徐圣集

(1.中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710054；2.陜西省煤礦水害防治技術(shù)重點實驗室，陜西 西安 710077；3.西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054；4.陜西延長石油巴拉素煤業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000)

0 前 言

陜北侏羅紀(jì)煤田內(nèi)煤炭資源量豐富、煤質(zhì)優(yōu)良，且其開采條件相對簡單，未來發(fā)展?jié)摿薮?，占?jù)著我國煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域的重要地位[1-2]。其中，榆橫礦區(qū)(北區(qū))位于該煤田中部，礦區(qū)內(nèi)分布有諸多大型井田(面積基本在100 km2以上)，近年來逐步進行開發(fā)利用。然而，隨著煤炭開發(fā)活動的開展，一種新型水害(煤層水害)逐漸被人們所認(rèn)識，該類水害以不同程度發(fā)生在榆橫北區(qū)內(nèi)的小紀(jì)汗煤礦[3-5]、袁大灘煤礦[6-8]、巴拉素煤礦[9-10]，且均與礦井首采的2號煤層有關(guān)。由于該類特殊的煤層水害問題近年來才有所顯現(xiàn)，業(yè)內(nèi)對于其水害成因、地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、防治理論和方法等分析、開展的研究工作尚且不足[10-11]。近5 a，針對富水煤層，部分學(xué)者從不同角度、通過不同手段開展了一定的探索工作，得到了部分進展。鑒于該類水害問題為人所知的時間、空間條件所限，相關(guān)煤層富水機理及防治水技術(shù)等也鮮有研究。筆者主要以榆橫北區(qū)巴拉素煤礦井下管子道工程掘進通過2號富水煤層為例，通過井巷工程在穿越煤層前，針對可預(yù)見的富水煤層水害問題開展防治工作等方面的分析研究，以此探索礦井后期建設(shè)和采掘生產(chǎn)過程中可能面臨的水害防治技術(shù)，同時還可為榆橫北區(qū)內(nèi)條件類似礦井的防治水工作提供借鑒[12-13]。

1 礦井及施工區(qū)概況

巴拉素煤礦位于陜北侏羅紀(jì)煤田榆橫北區(qū)的中西部，井田面積約294.9 km2，開采標(biāo)高+800 m～+470 m，礦井首采井田中部的21盤區(qū)(36.2 km2)的2號煤層，埋深約485 m，規(guī)劃礦井達產(chǎn)能力為10.00 Mt/a。礦井采用立井開拓，在21盤區(qū)中南部地表的工業(yè)廣場內(nèi)布置有主立井、副立井、一號 回風(fēng)立井、二號回風(fēng)立井共4條井筒。區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件簡單、地層平緩、無大型斷裂構(gòu)造，也無巖漿巖活動，地表水系不發(fā)育。

由于本次井下管子道防治水工程位置接近主立井，故其地質(zhì)、水文地質(zhì)資料以主立井及附近鉆孔實際揭露情況為主要依據(jù)。區(qū)內(nèi)地層自上而下分別為：第四系風(fēng)積沙層(厚9.90 m)、白堊系洛河組(厚211.95 m)、侏羅系安定組(厚101.96 m)、侏羅系直羅組(厚122.81 m)、侏羅系延安組(2號煤頂段厚35.09 m，2號煤厚3.45 m，下距3號煤40.39 m，3號煤厚6.40 m)。礦井采掘受煤層頂板侏羅系延安組、直羅組含水層(富水性均相對較弱，q≤0.1 L/(s·m))影響有限[14-16]。

根據(jù)以往采掘經(jīng)驗和實際揭露情況，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)2號煤層富水[11-12]，設(shè)計礦井井底車場布置在2、3號煤層之間，礦井管子道作為連接井下主排水泵房與主立井之間的排水管路敷設(shè)巷道，需進行巖巷上山掘進，穿過2號煤層，屆時巷道掘進必將受到2號煤層水的威脅。根據(jù)礦井設(shè)計，管子道從井下主排水泵房開始起坡，起坡點底板高程+703.34 m，上山斜巷傾角25°，設(shè)計長度75 m后轉(zhuǎn)平，與主井相連，轉(zhuǎn)平段巷道底板標(biāo)高為+735.00 m，巷道掘進過程中要穿過2號煤層。巷道設(shè)計高度4.5 m，寬度5 m，設(shè)計為錨索與錨桿相結(jié)合的支護方式，其中錨索設(shè)計長度7.3 m。巷道掘進至12.8 m時，錨索即將揭露2號煤層。綜上所述，需提前在該區(qū)域開展相關(guān)防治水工作，確保巷道安全掘進。

2 防治工程設(shè)計

結(jié)合礦井各井筒實際揭露及水文長觀數(shù)據(jù)，認(rèn)為2號煤層裂隙發(fā)育，且富水性較強，同時與上覆砂巖含水層存在聯(lián)系。管子道巷道開口位置距2號煤垂距為16.66 m，在巷道掘進至40 m位置時將揭露2號煤層。管子道掘進防治水方案總體原則為“預(yù)測預(yù)報，有掘必探，先治后掘”，在管子道開始掘進前，首先向頂板2號煤層施工探放水鉆孔，根據(jù)鉆孔涌水量大小評價該區(qū)域煤層的富水性和可疏性，若煤層富水性弱，根據(jù)礦井現(xiàn)有排水系統(tǒng)能力及生產(chǎn)進度要求，具備疏放條件，則采用超前疏放掩護掘進的防治水方案；若煤層富水性強，礦井現(xiàn)有排水系統(tǒng)能力不足，不具備疏放條件，則采用超前預(yù)注漿封堵煤層水的防治方案[17-18]。

2.1 超前疏放水設(shè)計

2.1.1 疏放步驟

超前疏放的目的是對巷道掘進影響范圍內(nèi)的煤層水進行疏放，使得在巷道掘進區(qū)域內(nèi)形成降落漏斗，減輕2號煤層水害對巷道掘進的影響；超前疏放水方案的總體思路為“群孔疏放，掩護掘進”，具體步驟為：①在巷道揭煤點周圍施工1圈疏放水鉆孔，通過群孔疏放的方式，在揭煤點區(qū)域形成降落漏斗，使整個管子道位于降落漏斗中心位置。②待疏放水中心孔水位降為0.17 MPa，管子道周邊鉆孔總涌水量不超過30 m3/h，巷道方能開始掘進，在整個巷道掘進穿過煤層的過程中，疏放水鉆孔持續(xù)疏放，起到截流掩護掘進的作用。群孔疏放的目標(biāo)，保證管子道過2號煤過程中涌水量不超過30 m3/h。

2.1.2 疏放鉆孔設(shè)計

1)結(jié)構(gòu)設(shè)計。一開鉆進孔徑?127 mm，至下設(shè)孔口管位置安裝?108 mm套管；二開鉆進孔徑?75 mm，至設(shè)計層位終孔。

2)布置設(shè)計。平面上，各鉆孔輻射區(qū)域為管子道過煤層巷道周圍20 m范圍，各鉆孔以巷道為中心環(huán)形布置，各鉆孔終孔位置平距巷道外幫10 m，累計施工疏放水鉆孔9個(ZJ1～ZJ9)，如圖1所示。立面中，在向上距離2號煤層頂板16 m的砂巖中進行開孔，橫向上2個鉆孔孔口相距1.0 m，縱向上2個鉆孔孔口相距0.5 m，鉆孔穿過煤層頂板后終孔，鉆孔剖面如圖2所示，鉆孔開孔布置如圖3所示。

圖1 管子道2號煤超前疏放鉆孔布置平面圖Fig.1 Layout plan of advance borehole of No.2 coal seam pipe channel

圖2 管子道2號煤超前疏放鉆孔布置剖面圖Fig.2 Profile map of advance borehole of No.2 coal seam pipe channel

圖3 鉆場鉆孔開孔布置Fig.3 Boreholes arrangement plan for drilling sites

首先施工1個疏放水鉆孔，若鉆孔終孔涌水量小于10 m3/h，則繼續(xù)施工其他鉆孔，開展疏放水工作；若鉆孔終孔涌水量超過10 m3/h，則預(yù)計9個鉆孔全部成孔后總涌水量超過100 m3/h。礦井當(dāng)前總外排水能力為200 m3/h，現(xiàn)礦井涌水量為50 m3/h，排水系統(tǒng)正常情況下富余排水能力為150 m3/h，單個鉆孔涌水量一旦超過10 m3/h，加上掘進時涌水，礦井剩余的排水系統(tǒng)能力是無法滿足持續(xù)疏放水工作的要求，則需要開展注漿堵水工程。

根據(jù)水文地質(zhì)補充勘探結(jié)果[19]，2號煤水壓最高約3.9 MPa，設(shè)計探放水鉆孔止水套管長度為21 m；設(shè)計探放水鉆孔終孔孔徑為75 mm。

2.2 注漿堵水設(shè)計

如前所述，若煤層富水性強，礦井現(xiàn)有排水系統(tǒng)能力不足，不具備疏放條件，則采用超前預(yù)注漿封堵煤層水的防治方案。本次管子道防治水設(shè)計采用“一孔多用”的原則，注漿孔設(shè)計同疏放水孔設(shè)計，鉆孔平面設(shè)計與超前疏放鉆孔布置相同。

2.2.1 注漿堵水步驟

1)根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》[20]及2號煤水文地質(zhì)情況，確定合理的防隔水煤巖柱厚度及止水套管長度，在副井及一號風(fēng)井2號煤注漿工程施工總結(jié)的基礎(chǔ)上，配制注漿料，建設(shè)注漿系統(tǒng)。

2)根據(jù)注漿孔設(shè)計參數(shù)要求，注漿孔在待揭露2號煤底板基巖內(nèi)開孔，下入21 m長的孔口管，進行耐壓試驗，達到要求后方可鉆進。

3)注漿孔鉆進過程中，鉆孔涌水量大于30 m3/h立即停鉆，采用注漿料對煤層孔隙、裂隙進行注漿封堵，注漿壓力達到設(shè)計值后停注，等凝固24 h后掃孔繼續(xù)鉆進，水量大于30 m3/h再停鉆，繼續(xù)開展注漿封堵工作；如此循環(huán)反復(fù)，直至達到鉆孔設(shè)計孔深為止。

4)全孔注漿壓力達到設(shè)計要求后，對施工區(qū)域進行檢查(鉆孔探查)，根據(jù)鉆孔出水情況、壓水試驗、改造區(qū)域內(nèi)外水壓值進行分析，以此判斷本次施工效果，若不符合要求則繼續(xù)補充施工[9-10]。

綜上所述，在待掘巷道影響外圍形成阻水帷幕，保證管子道掘進不受2號煤層水的影響，預(yù)期效果為施工后管子道過2號煤過程中總涌水量不大于30 m3/h。

2.2.2 防隔水煤巖柱留設(shè)

根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》等要求[20-22]，防隔水煤巖柱計算公式如下：

L=0.5KM(3p/KP)0.5

(1)

式中：L為煤柱留設(shè)寬度；K為安全系數(shù)，取K=2；M為煤層開采厚度，取M=3.45 m；p為實際水頭值(水壓)，取p=3.9 MPa；KP為煤的抗拉強度,MPa。

根據(jù)前期測試數(shù)據(jù)，2號煤層飽水抗拉強度Kp=0.4～0.9 MPa，代入式(1)求得防隔水煤柱寬度為12.5～18.7 m。結(jié)合規(guī)程規(guī)范要求，出于安全角度考慮，本次設(shè)計橫向隔水煤柱寬度取值20 m。

2.2.3 注漿系統(tǒng)設(shè)計

本次管子道注漿采用“地面拌漿，井下注漿”的方式設(shè)計注漿系統(tǒng)，注漿系統(tǒng)主要包括地面注漿站、井筒輸漿管路和井下輸漿管路3部分(圖4)；地面注漿站內(nèi)，設(shè)置2個拌漿池，采用電動攪拌機攪拌，每個拌漿池對應(yīng)一臺注漿泵；輸漿管由3部分組成，分別為地面漿站至井口之間，用?50 mm高壓軟管連接；井筒內(nèi)用?63.5 mm高壓鋼管輸漿，井底至鉆場之間，用?50 mm高壓軟管連接。漿液運動路線為：地面注漿站→副立井井口→副立井井底→副井井底車場東側(cè)巷道→2號煤北翼一號輔助運輸石門→井下主變電所→管子道注漿鉆場。

圖4 注漿系統(tǒng)示意Fig.4 Schematic diagram of grouting system

2.2.4 注漿材料及施工工藝設(shè)計

1)材料選擇與使用。采用高性能水泥基注漿料進行高壓滲透注漿，以提高漿液擴散范圍、空間充填強度等；注漿材料、配水等均需滿足相關(guān)要求[9-10,23]。

2)壓力控制。注漿壓力與施工效果密切相關(guān)。鑒于本次施工的各孔距離較大，為提高施工效果，在注漿過程中若遇到2號煤層的細(xì)微裂隙時，則采用高壓稀漿灌注工藝[9-10]。根據(jù)以往注漿經(jīng)驗，注漿總壓應(yīng)不小于受注含水層最大靜水壓力的2倍。根據(jù)前期探查2號煤的自然水壓，同時考慮注漿效率和施工效果，本次施工井下孔口注漿壓力不大于10 MPa[9-10]。

3)注漿工藝。本次施工采用孔口封閉靜壓前進式分段注漿法。注漿前壓水沖洗孔內(nèi)雜物及被注體孔隙裂隙，根據(jù)吃漿量大小調(diào)配漿液稀稠濃度，若吃漿量大，則用間歇式稠濃度漿液灌注；若吃漿量小，則采用稀濃度漿液灌注。單回次起壓等凝達到凝固時間后進行掃孔再注，如此往復(fù)，直至掃孔不吃漿后方可繼續(xù)鉆進至設(shè)計層位。期間如遇被注體存在較大垂向裂隙發(fā)生漿液大量漏失情況，則采取間歇式注漿法提高注漿壓力[9-10]。

4)注漿程序。①清水沖孔：注漿前使用清水對注漿管及孔內(nèi)煤巖粉、注漿結(jié)塊體進行沖洗排出，并有助于沖開被注體部分區(qū)域的裂隙待注，時間控制在10～15 min。②檢測調(diào)試：對注漿設(shè)備、管路進行清水打壓，由于2號煤層埋深影響壓力傳遞，本次施工調(diào)試時地面泵壓最大不超過6.0 MPa，井下孔口終壓最大不超過10.0 MPa。③地面拌漿：在地面造漿設(shè)備內(nèi)，對水泥漿液進行配制，濃度由稀到稠；注漿開始后可根據(jù)孔口漿壓、孔內(nèi)涌水情況進行調(diào)節(jié)；在注漿前應(yīng)一直保持拌漿活動，避免漿液凝固結(jié)塊。④注漿過程：在井下注漿過程中，必須根據(jù)吃漿情況隨時調(diào)節(jié)泵送壓力、漿液體量和黏稠濃度。在單孔全段注漿達到設(shè)計停注標(biāo)準(zhǔn)時，須泵送壓入清水再次沖洗管路，避免管內(nèi)漿液凝固結(jié)塊，而后關(guān)閉鉆孔閘閥，2 h后開閘觀測孔內(nèi)涌水情況，確定是否進一步補漿。⑤注漿孔施工順序：本次施工采取隔孔注漿方式，先施工ZJ2、ZJ4、ZJ6、ZJ8號鉆孔，每個孔施工達到設(shè)計要求后，再進行下一個孔的施工。待雙號注漿孔注漿完畢后，再依次施工單號注漿孔，同時對一序孔注漿效果進行檢驗。最后施工的5號孔，檢查周圍一圈鉆孔注漿效果，并起到補充注漿的作用。注漿孔的施工順序與前文所述鉆孔開孔類似，在鉆進過程中，當(dāng)鉆孔涌水量達到30 m3/h停鉆，進行注漿封堵至鉆孔不再出水，重復(fù)循環(huán)，達到設(shè)計孔深及注漿壓力要求停止注漿。⑥影響范圍：根據(jù)前期現(xiàn)場試驗及工作經(jīng)驗，預(yù)計漿液擴散半徑為7～15 m，本次設(shè)計取值10.0 m[9-10]。

5)停注標(biāo)準(zhǔn)。本次以注漿壓力、注漿量和單位吸水率共3個指標(biāo)作為各注漿孔的單孔停注標(biāo)準(zhǔn)[9-10]。①注漿壓力：如前文所述，井下孔口注漿壓力接近10.0 MPa左右時，即認(rèn)為該被注體已充分完成裂隙封堵且影響范圍良好。②注漿量：當(dāng)漿壓達標(biāo)后，應(yīng)逐次換檔降低泵送漿量，直至泵量達到10 L/min，并維持30 min后方可停泵。③單位吸水率：在注漿量達標(biāo)后，各孔均須進行壓水試驗(壓力8 MPa)，同時求解單位吸水率(q，L/(min·m2)，確定是否繼續(xù)補漿，q計算公式為

q=Q/(pL)

式中：Q為壓入流量，L/min；L為被注區(qū)段距離，m。

根據(jù)研究區(qū)2號煤層的涌水情況，Q和p取值為壓水試驗數(shù)據(jù)，L取值為注漿鉆孔長度。當(dāng)q<0.01 L/(min·m2)(標(biāo)準(zhǔn)值)時，則表明被注體內(nèi)的裂隙已基本達到作用效果。

此外，還應(yīng)用孔內(nèi)窺視技術(shù)，對孔內(nèi)煤巖組合、裂隙發(fā)育情況、注漿封堵情況、鉆孔出水情況等進行實際觀測。結(jié)合礦井前期注漿的立井井筒段，揭露煤層取樣進行分析，以及巷道掘進超前鉆探情況，綜合判斷注漿效果，最終以巷道實際掘進揭煤時的涌水情況進行工程驗證。

3 現(xiàn)場施工概述

3.1 施工過程

首先按照施工順序，在井底車場巷道的鉆場內(nèi)施工超前探放鉆孔，鉆進至2號煤層，觀察本區(qū)域的煤層富水性。在施工第一個煤層探放水鉆孔(ZJ2號鉆孔)時，鉆進至63 m時，進入2號煤層，鉆孔則發(fā)生出水，在進入煤層內(nèi)1 m后停止鉆進，測得此時的鉆孔內(nèi)2號煤層出水為21.6 m3/h，而后繼續(xù)鉆進，在煤層內(nèi)共鉆進18 m后出煤，該鉆孔84 m終孔，退鉆再次測水，水量最終穩(wěn)定為198 m3/h。根據(jù)設(shè)計，井下現(xiàn)有系統(tǒng)及設(shè)備難以滿足鉆孔煤層水長期疏放，隨即按照設(shè)計要求，放棄疏放治理方式，轉(zhuǎn)入注漿工序。

3.2 結(jié)果分析

1)鉆孔煤層涌水情況分析。首先通過對8個鉆孔逐一進行鉆進，在穿過煤層后2～3 m終孔，測得各鉆孔水量有所不同、且差異較大，總體在5～198 m3/h內(nèi)，鉆孔水壓測得為3.6～3.81 MPa，相對較為穩(wěn)定。其中，ZJ2、ZJ7號鉆孔水量較大，100～200 m3/h，ZJ3、ZJ8、ZJ9號鉆孔水量中等，25～90 m3/h，ZJ1、ZJ4、ZJ6號鉆孔水量較小，5～13 m3/h。

其中，ZJ3和ZJ8號鉆孔涌水量分別為88 m3/h和53 m3/h，但在鉆進過程中頂鉆嚴(yán)重，故第1次鉆進均未出煤。在后期完成第1輪注漿堵水后，全部鉆孔進行二次掃孔后補充注漿，全部按照設(shè)計要求穿過2號煤層終孔。各鉆孔2號煤層初始涌水量及壓力情況如圖5所示。

圖5 鉆孔初始水量及水壓情況分布Fig.5 Distribution chart of initial water and water pressure of boreholes

根據(jù)各鉆孔出水水樣采集，進行水質(zhì)全分析化驗[24-25]，發(fā)現(xiàn)其水質(zhì)類型有所不同(圖6)。其中，首先施工的ZJ2號鉆孔根據(jù)礦井以往煤層水質(zhì)化驗結(jié)果對比[10,24]，較為相似，其總礦化度為5 284.74 mg/L，pH值為8.18呈弱堿性，水質(zhì)類型為SO4-Na·(Ca)型水。而后續(xù)施工的各鉆孔則存在不同于2號煤層水質(zhì)特征的明顯差異，其中，各水樣總礦化度在1 631.57～3 103.52 mg/L，平均約2 588.86 mg/L，pH值在12.20～12.58，平均約12.32，呈強堿性，大多水樣的水質(zhì)類型為OH·SO4-Ca·Na型水。通過分析，由于本次施工工序，最初鉆孔出水為2號煤層水，后期逐漸由鉆孔進行注漿，使得漿液擴散至其他孔內(nèi)，導(dǎo)致其他鉆孔出水為2號煤層水與水泥漿液(強堿性)混合的水體，故導(dǎo)致以上結(jié)果出現(xiàn)，由此，可從水化學(xué)角度得出2號煤層裂隙較大，各鉆孔之間有所溝通、相互補給徑流。由于各鉆孔按照相對位置順序逐個施工成孔，而后注漿封堵，故可分析在孔內(nèi)受煤層裂隙溝通影響，相互之間有導(dǎo)通可能。同時在后期注漿過程中有所驗證。

圖6 鉆孔水質(zhì)全分析Piper圖Fig.6 Full analysis of boreholes water quality Piper map

2)鉆孔注漿封堵情況分析。通過各鉆孔注漿壓力變化可知，鉆孔涌水量大小與井上下注漿壓力均具有一定的相關(guān)關(guān)系。各鉆孔2號煤層注漿壓力情況如圖7所示。

由圖7可知，隨著注漿的開始，地面泵壓自0開始漸進升高，最高至5.1 MPa即可滿足鉆孔設(shè)計的孔壓要求，而井下鉆孔孔口注漿壓力初始則在4～7 MPa，但各鉆孔因注漿前后時間影響、空間距離、裂隙分布情況及鉆孔之間相互溝通情況而造成的注漿起壓時長不同，一般鉆孔注漿時間25～35 h，情況特殊的ZJ7號鉆孔超過60 h，分析為其孔深大，進煤段長，相對距離較遠，受其他鉆孔注漿影響較小，原生煤層裂隙發(fā)育空間接觸面積大，注漿堵水時間長；而ZJ6號鉆孔距離較近，且注漿次序最后，使得其大部分煤層裂隙區(qū)域已被其他鉆孔注漿時封堵許多，所以該鉆孔注漿起壓較快，注漿時間較短?？傮w規(guī)律為先注漿的鉆孔注漿量較大、注漿時間較長；同時，鉆孔孔深越大、鉆探深度越遠，煤層出水量較大，從而影響注漿量和注漿時間。

圖7 鉆孔注漿壓力情況分布Fig.7 Distribution of grouting pressure in boreholes

4 注漿成果驗證

根據(jù)本次工程前期施工各注漿鉆孔的出水、起壓、串漿等情況，在全部完成第一輪注漿封堵后逐個進行二次掃孔、觀測、補漿、候凝，而后通過施工檢查鉆孔觀察其出水、漏漿等情況，同時使用鉆孔窺視儀進行孔內(nèi)直接觀測，驗證本次煤層注漿堵水效果。

1)鉆孔涌水量變化。通過各鉆孔完成第一輪注漿，經(jīng)過漿液凝固、二次掃孔后發(fā)現(xiàn)，各鉆孔煤層水涌水量有明顯衰減(圖8)。相比各鉆孔初始總涌水量521 m3/h，在完成第一輪注漿后，掃孔測得總涌水量為12.87 m3/h，各鉆孔探查煤層水量經(jīng)注漿堵水治理，有效衰減約97.5%。其中，初始鉆孔水量在100～200 m3/h的ZJ2和ZJ7號鉆孔煤層水涌水量分別衰減99.8%和97%；水量在25～90 m3/h以內(nèi)的ZJ3、ZJ8、ZJ9號鉆孔，其水量衰減分別為99.9%、99.8%、86.5%。可見，注漿堵水工作對富水煤層局部封堵效果較好。

圖8 鉆孔一次注漿后水量及水壓情況分布Fig.8 Distribution of water quantity and water pressure of boreholes after first time grouting

由圖8還可看出，經(jīng)第一輪注漿后，各鉆孔并未完全實現(xiàn)煤層水封堵，其內(nèi)部或多或少均仍存在少量水體，同時，水壓變化情況不大，基本維持在3.6～3.8 MPa，可見孔口壓力與水量大小關(guān)系較小，受地層埋深、圍巖影響等穩(wěn)定不變的因素控制較大，2號煤層中存在一定的微小孔隙，其少量水體賦存其中，是注漿材料顆粒無法進入，從而成為未能進行徹底封堵2號煤層水的主要原因。

2)驗證孔探查結(jié)果。根據(jù)鉆探結(jié)果，ZJ5號檢查鉆孔施工至51 m處見煤，進煤進尺16 m，鉆進69 m 終孔，鉆孔涌水量為0.3 m3/h。根據(jù)各鉆孔漿液擴散范圍、終孔水量等現(xiàn)狀，初步認(rèn)為本次管子道注漿堵水工程實施成功，還需進一步驗證。

3)鉆孔窺視觀察?，F(xiàn)場采用由中煤科工集團西安研究院有限公司自主研發(fā)的CXK12型礦用鉆孔成像儀完成該項工作(圖9)，在探查鉆孔內(nèi)進入煤層的51～67 m區(qū)段進行觀測，發(fā)現(xiàn)煤(巖)層裂隙處有水泥質(zhì)漿液硬化痕跡，孔內(nèi)有少量淋水，由于為上仰孔，故在鉆孔內(nèi)壁下凹槽或低洼處聚集匯成小股水流，孔內(nèi)煤層觀測段無明顯裂隙及流水，由此可驗證本次工程的有效可靠性。

圖9 鉆孔窺視實景Fig.9 Borhole view picture

同時，根據(jù)前期在礦井立井井筒過2號富水煤層段掘進揭露取得該煤層段樣品(圖10)，亦能夠為本次管子道注漿堵水的有效性提供旁證。當(dāng)時采用的注漿材料與本次工程相同，如圖所示，在所取煤樣裂隙處存在注漿漿液殘留，可見其漿液在煤層裂隙中的滲透擴散效果及該漿液凝固后的強度特性。

圖10 礦井以往注漿煤層段實際揭露樣品Fig.10 Sample of actually exposed in former grouting coal seam section of mine

4)超前探與實際揭露。在本次管子道注漿工程完成后，為保證安全掘進、直觀探查注漿效果，在管子道開口處施工2個超前探檢查鉆孔JC1和JC2號鉆孔，沿管子道掘進方向鉆進，以23°～25°開孔，兩鉆孔分別于29 m和36 m見煤、37.5 m和45 m出煤、39 m和46.5 m終孔，鉆孔涌水量分別為0.95 m3/h和0.19 m3/h，由此可見本次注漿效果良好。而后，在管子道掘進穿越2號富水煤層過程處，巷道掘進涌水1.2 m3/h左右，最終順利完成掘進工作。

綜上所述，通過注漿后各鉆孔二次掃孔殘余水量、探查鉆孔最終涌水量、鉆孔窺視觀察及礦井以往注漿封堵區(qū)揭露取樣、超前探查及巷道實際揭露等，對本次管子道過2號富水煤層段注漿堵水效果進行了有效驗證，充分說明了使用方法、手段、材料、工具等科學(xué)合理性。

5 結(jié) 論

1)根據(jù)礦井管子道掘進面臨的2號煤層水害問題，提出“鉆孔探查、小水疏放、大水注漿、有效封堵”的主要工程設(shè)計思想，并設(shè)計對巷道揭露富水煤層前鉆場布置8個探查鉆孔、1個檢驗鉆孔，通過“地面拌漿壓漿，井下打鉆注漿”的方法進行治理，結(jié)合水化學(xué)測試、鉆孔窺視等手段進行后期施工效果驗證。

2)根據(jù)井下鉆孔實際揭露2號煤層情況，發(fā)現(xiàn)2號煤層局部富水性強、原生裂隙大，最高單孔涌水量可達近200 m3/h，煤層水體礦化度平均約5 500 mg/L，屬SO4-Na·(Ca)型水，水壓平均約3.77 MPa；通過首輪注漿、二次掃孔、補漿候凝、鉆探驗證、鉆孔窺視、煤樣采集、超前探查、巷道揭露等步驟，驗證工程良好效果。

3)本次巴拉素煤礦管子道防治水工程通過多種手段、方法相結(jié)合，采用現(xiàn)場實際探查、揭露等進行驗證，首次實現(xiàn)了陜北侏羅紀(jì)煤田榆橫北區(qū)煤礦在井下巷道掘進通過富水煤層段前的有效注漿治理，確保了礦井安全生產(chǎn)，同時為區(qū)內(nèi)富水煤層在采掘過程中的有效防治提供了有力依據(jù)和實際借鑒。