關鶴偉

(青海義海能源大煤溝煤礦，青海 德令哈 817000)

0 引言

孟津煤礦主采煤層為二1煤，厚度為0～14.27 m。生產采用立井的開拓方式，通風方式采用中央并列式，正常生產期間，礦井涌水量為210～230 m3/h。11011工作面沿傾向布置順槽，長度為1 000 m，切眼呈走向布置，長度為120 m，設計可采長度為770 m，但回采至340 m時膠帶順槽底板出現(xiàn)裂縫滲水，伴有底鼓現(xiàn)象，初步判斷為：回采期間地應力周期來壓與底板承壓含水層裂隙導水共同作用下造成的底鼓滲水，于是工作面停止回采，通過施工底板注漿加固鉆孔進行治理。

1 工作面水文地質條件

孟津井田屬于典型新安“三軟”煤田，主采二1煤層具有突出危險性，井田范圍內地質構造復雜，11011工作面伴生有正斷層3條，逆斷層2條，整體呈單斜構造發(fā)育，煤層傾角為2°～5°。其水文地質條件屬中等，根據(jù)前期地質勘探及抽水試驗測定，整體含水層壓力為4.7～5.4 MPa，屬于弱—中等富水含水層，隔水層厚度僅為58～67 m。另據(jù)導水性連通試驗，發(fā)現(xiàn)含水層富水性不均勻，連通性較差，異常區(qū)域呈局部分布，但礦井地表位于小浪底水庫的庫區(qū)邊緣，最近處平距2.75 km，在汛期排水期間有可能造成井下水源的滲透補給，增大含水層的水壓水量，對礦井安全生產造成一定的威脅。

1.1 礦井主要含水層

1.1.1 奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層

奧陶系灰?guī)r巖性為白云質灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r、硅質白云巖及白云巖，地層總厚度為500 m，根據(jù)前期施工的14個地表勘探鉆孔和2個水文觀測孔鉆探驗證，均未發(fā)現(xiàn)有漏水現(xiàn)象，屬于弱—中等富水性含水層，水化學型號為HCO3-Ca·Mg型水，礦化度888～1 441 mg/L，pH值7.70～7.80，總硬度401～690 mg/L，水溫30℃～36℃。奧灰系地下水自然動態(tài)變化主要是受氣象因素控制，地下水位呈現(xiàn)出季節(jié)性變化的特點。

1.1.2 太原組灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層

太原組地層的下部和中上部夾多層薄層灰?guī)r，一般發(fā)育3層，灰?guī)r平均總厚度15.73 m，L7灰?guī)r普遍發(fā)育，厚度2.60～7.98 m，平均厚度5.12 m。為弱富水性含水層，本層水質為HCO3-Ca·Na及SO4HCO3-Ca類型，礦化度580～1 428 mg/L，pH值7.60～7.80。

1.1.3 山西組砂巖孔隙裂隙承壓含水層

山西組砂巖孔隙裂隙承壓含水層主要由山西組二1煤層頂部的大占砂巖和香炭砂巖組成，多為中粒砂巖，大占砂巖平均厚度11.99 m，裂隙不發(fā)育，井田內施工的鉆孔全部穿見本層，均未發(fā)現(xiàn)涌、漏水現(xiàn)象。屬于弱富水性含水層，含裂隙承壓水，為二1煤層頂板直接充水含水層。本層水質為HCO3-Ca類型，礦化度725～735 mg/L，pH值7.80。

1.2 礦井主要隔水層

礦井主要含有4層隔水層，自上而下依次是二疊系山西組以上隔水層、二1煤層底板隔水層、太原組中段隔水層和本溪組隔水層。相較于其他弱富水性含水層，只有最下部的本溪組隔水層由鋁質泥巖、鋁質巖及砂質泥巖組成，可以有效隔斷奧陶系灰?guī)r水與上部煤體的水力聯(lián)系，起到較好的隔水效果。

2 底板加固治理方案

2.1 水源分析

為了明確底鼓滲水的水力來源，對滲水進行了取樣化驗，經水質化驗所得數(shù)據(jù)，其陽離子含量中Ca2+與Mg2+離子含量較高，達到83.17 mg/L，而陰離子以HCO3為主，指標為659.63 mg/L，礦化度為790 mg/L，pH值7.72，因此，根據(jù)綜合指標判斷應為奧陶系灰?guī)r水沿裂隙導升，造成底鼓滲水。

2.2 底板加固鉆孔設計

在裂隙滲水位置附近，為探明富水異常區(qū)域，在停止工作面回采，減少動壓擾動的情況下，首先使用瞬變電磁儀進行底板物探，劃分出低阻異常區(qū)[1-4]，低阻異常區(qū)域物探結果如圖1所示。

圖1 低阻異常區(qū)域物探結果

根據(jù)異常區(qū)域劃分以及探測出的異常導水深度，結合礦井井田范圍內整體底板隔水巖柱厚度為58～67 m等參數(shù)特征，在進風順槽底鼓出水位置后退10 m處施工一個1#鉆場，按照不同層位深度，設計1-1、1-2、1-3、1-4四個鉆孔覆蓋富水異常區(qū)及邊緣地帶；在回風順槽側施工一個2#鉆場，設計2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6六個加固鉆孔，按照終孔注漿擴撒半徑25～30 m進行布孔，對異常區(qū)域實施底板注漿加固[3]。底板注漿加固鉆孔設計參數(shù)如表1所示。

表1 底板注漿加固鉆孔設計參數(shù)表

2.3 底板注漿效果分析

由于11011工作面進風巷已經出現(xiàn)底鼓裂隙滲水的情況，為避免施工鉆孔后與裂隙帶打通，造成大量涌水進入工作面，水量、水壓對底板的沖擊作用下，將會降低隔水層的阻隔水強度。因此，為考慮施工安全，先施工回風巷2#鉆場的探查鉆孔，通過預揭露含水層，探明富水異常區(qū)的具體含水體特性，通過其相對完整的底板隔水巖柱的保護，對進風巷進行注漿加固，確保整個環(huán)節(jié)的施工安全。

在先施工的2-5鉆孔鉆進至73 m時，孔內返渣出現(xiàn)帶有方解石和白云母晶體的顆粒狀碎石塊，粒徑大小不一，多數(shù)在3～12 mm，說明該區(qū)域有溶洞存在，導致底部隔水層被溶洞侵蝕塌陷后，造成上部巖石裂隙發(fā)育，直至延伸至工作面二1煤層底板，誘導底鼓滲水，原有完整隔水層被破壞后，在裂隙導升作用下，隔水層厚度由58～67 m減少至最小的27 m，極易在回采期間周期來壓與底板動壓的綜合應力作用下，造成底板突水的風險，因此，有必要對富水異常區(qū)域施工鉆孔提前探查，加固治理。

當首個鉆孔2-5孔施工73 m見水后，即對“三量”進行了測定，實際測得水壓為4.74 MPa，水量為35.6 m3/h，水溫為31.2℃，符合奧陶系灰?guī)r水特征。在出水后，將預先準備好的注漿管路與孔口閘閥與法蘭盤進行連接，由地面注漿泵站啟動系統(tǒng)開始注漿，初期采用比重為1.15的純水泥漿進行注入，觀察其升壓情況，待注漿3 d后，孔口壓力由初始靜壓5 MPa升至7.4 MPa，待升到壓力值為8 MPa后調整注漿比重為1.2～1.22的純水泥漿，繼續(xù)注入。此時，由于注漿比重的加大，加速了水泥在溶洞空間內的沉淀，以及對裂隙的充填擠占，將原有的含水空間進行置換，很快達到了升壓效果。為了避免注漿過大壓力造成淺部底板裂隙的二次壓裂，初步注漿終壓設計為10 MPa，達到此指標后即停止注漿，待凝固靜置24 h后，對2-5鉆孔進行掃孔鉆進，若中途出水，則繼續(xù)注漿升壓，凝固后再次掃孔鉆進，按此循環(huán)直至達到設計終孔位置孔深，該鉆孔施工評價結束。

在2-5孔施工終孔驗證結束后，按照“鉆進—出水—注漿—掃孔—終孔”的正規(guī)施工循環(huán)，依次對2-4、2-6、2-3、2-1、2-2進行鉆探，然后對1#鉆場的鉆孔按照1-1、1-3、1-2、1-4的順序進行鉆進，按此順序除了能夠有效確保深淺孔從不同深度見水后對裂隙注漿的效果，還能通過相鄰鉆孔之間對注漿效果進行驗證。若先施工鉆孔注漿效果滿足要求，則后施工鉆孔再次鉆進時應為已被加固改造后的底板，具有較好的隔水性，因此，鉆進過程不會出水，按照此方法得出相互驗證加固效果好壞的結論。

3 底板加固效果評價

經過10個鉆孔施工過程和注漿過程的相互驗證，在打鉆期間只有少量鉆孔水涌出，實際施工影響天數(shù)包括鉆孔施工和注漿周期等總時長為46 d，注漿消耗水泥總量為1 563.71 t，水泥單價為535元/t，累計消耗83.65萬元。

為了進一步驗證注漿改造底板的加固效果，補充設計3個驗證孔，分別控制原異常區(qū)的不同方向邊界，且延伸加固垂高超出5 m，經過鉆探后均未發(fā)現(xiàn)鉆孔出水現(xiàn)象，說明加固效果科學可靠，已對含水層頂?shù)装鍖崿F(xiàn)加固改造，可實現(xiàn)工作面的安全回采。

4 結論

1)對富水異常區(qū)域進行鉆探驗證，通過返渣顆粒可分析判斷出異常含水體是一處巖溶溶洞，具有較大體量的富水。經過注漿期間對鉆孔孔口壓力變化的連續(xù)觀察，發(fā)現(xiàn)升壓相對較快，說明該溶洞不存在動態(tài)水補給，屬于一處“死水”，易于治理加固。

2)鉆孔施工完成后，通過專門設計的驗證鉆孔對治理效果進一步驗證，未見明顯出水后，方可確定加固與底板改造效果達到預期要求與目標，確保了工作面回采期間的安全。