杜琳

（大同煤礦集團 同生峪溝煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036002）

1 工程概況

峪溝煤業(yè)8105回采工作面位于4號煤層一采區(qū)，工作面可采長度608 m，巷道走向282°，煤層傾角5°~17°，平均11°，4號賦存穩(wěn)定，煤層平均厚度7.22 m、4號煤層頂板為中粒砂巖，厚度0~6 m，底板直接底為泥巖厚度1~1.4 m，老底中砂巖0.8～1.95 m。采煤方法為走向長壁采煤法，采煤工藝采用綜合機械化低位放頂煤采煤，全部垮落法管理頂板。

2 工作面斷層及出水點位置分析

8105工作面位于DF2-DF3、DF4正斷層之間，DF2正斷層走向北東，傾向北西，傾角70°～75°，斷距25~60 m，DF2斷層在8105工作面5105回風順槽切眼外220~270 m處已揭露，根據(jù)鉆探結(jié)果探測DF2斷層屬于一條不規(guī)則斷裂帶，從相切點部位分別開始揭露后，以巷道217 m段為最近點上盤區(qū)域，無出水現(xiàn)象。

工作面形成后按照要求在8105回風順槽向底板探測斷層和下部9號煤層時，設(shè)計鉆孔2個，1號鉆孔位于切眼外310 m處，1號鉆孔鉆至46 m時出水，涌水量為25 m3/h，在孔深47 m處，涌水量增大為50 m3/h，2號鉆孔位于巷道470 m處鉆孔傾角為-80°，開孔標高965.52 m，孔深55 m。50 m時出水涌水量為16.5 m3/h，1號、2號鉆孔出水后，取水樣化驗，水質(zhì)分析接近于奧灰水水質(zhì)指標。

根據(jù)該礦《奧灰水突水危險性評價報告》資料顯示，SW1號水文孔隔水層厚度為91.9 m，奧灰水水位靜止標高為1 051.81 m，水頭壓力1.835 MPa，4號煤層底板標高956.45 m，奧灰水突水系數(shù)計算如下：

1號鉆孔處突水系數(shù)為：

2號鉆孔處突水系數(shù)為：

經(jīng)過上述計算結(jié)果，2個鉆孔已鉆探至奧灰頂界，深度實際突水系數(shù)小于底板構(gòu)造破壞塊段突水臨界值0.06 MPa/m。

雖然構(gòu)造破壞塊段實際突水系數(shù)小于突水臨界值，但通過巷道實際揭露的地質(zhì)資料分析，巷道部分點揭露DF2斷層帶（圖1），8105工作面回風順槽煤層底板距奧灰含水層有效隔水層厚度減小至46 m，區(qū)域性巖層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，通過對鉆探結(jié)果分析和化驗報告分析，兩孔均鉆至奧灰頂界，揭露奧灰地層，工作面隨著采回采面積的增大，圍巖壓力的破壞，斷層活化導(dǎo)通奧灰水水量勢必會增加。為了提高整體圍巖的密實度與固結(jié)性能，對巷道揭露斷層帶接近范圍210 m進行鉆探孔注漿加固，充填加固斷層導(dǎo)水裂隙，達到預(yù)防采動滯后出現(xiàn)突水的目的，實現(xiàn)安全回采。

3 注漿加固設(shè)計方案

3.1 注漿加固原則目標

對8105工作面回風順槽斷層裂隙帶進行注漿堵水加固，防止采后擾動破壞隔水層造成底板奧灰水突水事故。

3.2 注漿加固鉆孔設(shè)計及方法

（1）8105工作面回風順槽注漿治理措施。向底板施工15個注漿孔，鉆孔孔間距15 m，1號鉆孔從巷道217 m段底板開始鉆探，以此類推向上鉆設(shè)其他鉆孔，對每個鉆孔角度、見煤深度、終孔深度進行控制，終孔深度不得打穿有效隔水層（落地在鋁質(zhì)泥巖層位之上），漿液盡可能注入斷層裂隙帶，靠近斷層帶方向鉆設(shè)，注漿加固斷層裂隙帶，具體設(shè)計參數(shù)見表1，巷道鉆孔施工設(shè)計布置如圖2所示。

圖2 巷道鉆孔施工設(shè)計布置Fig.2 Design arrangement of roadway drilling hole construction

表1 鉆孔設(shè)計數(shù)據(jù)Table 1 Drilling hole design data

（2）鉆孔前需要下放注漿套管，一級套管長度8 m，采用φ68 mm鋼管安設(shè)注漿閥門后，用鉆機在套管內(nèi)按照設(shè)計深度進行鉆孔注漿作業(yè)，鉆孔采用ZLJ-700D坑道鉆機，鉆機專門前進式注漿，后退式注漿一次性完成注漿作業(yè)，不需要鉆孔后再下放注漿管，注漿套管，整個注漿作業(yè)從開孔到終孔，包含鉆孔、注漿一次性完成，砂層、巖層，可分層進行注漿作業(yè)，鉆頭直徑45 mm，可以減小涌水量，更好的一次性封堵鉆孔，從而達到注漿加固預(yù)防圍巖的目的。

（3）套管下放完成后對套管四周，以鉆孔點為圓心，1.5 m為半徑，布設(shè)周圍鉆孔4個（孔口管同樣深度）作為圍巖加固孔進行注漿，加固套管周圍松散圍巖，保持鉆孔周圍圍巖的承載力；固管及圍巖加固注漿完成后，鉆機鉆桿放入孔口管內(nèi)，分層鉆孔進行注漿，鉆設(shè)1 m，進行注漿，往復(fù)循環(huán)，直至鉆至設(shè)計深度，采用后退式注漿方法，逐個進行封孔，孔口段采用RSS粉料加固堵水材料進行封堵加固。施工采用低密度，擴散性強的RSS-系列高分子無機化學(xué)加固堵水材料結(jié)合水泥基注漿材料，水泥砂漿，輔助注漿材料配合施工，一旦水量較大，注漿漿液需配置反應(yīng)時間最短，凝結(jié)最快，強度最大，迅速控制水量且逐漸提高圍巖密實性。

（4）注漿結(jié)束的標準。一般認為實際漿液注入量大于或接近設(shè)計計算的注入量；注漿壓力呈規(guī)律性增加，并達到注漿設(shè)計終壓，經(jīng)改變漿液的種類配比后仍不能注入漿液，即停止該孔注入；達到注漿終壓時的最小吸漿為10~20 L/min；水泥漿液維持注漿終壓和最小吸漿量的時間為30~45 min停止注漿。

（5）注漿壓力。注漿壓力是推動漿液在含水層裂隙及溶洞內(nèi)運動、擴散、充塞壓實的動力。是注漿參數(shù)中最重要的參數(shù)之一，亦可人為控制，從而達到預(yù)期效果。

據(jù)經(jīng)驗公式，參照《建井工程手冊》，化學(xué)漿液的注漿壓力由下式計算：

式中：P為注漿初壓，Kgf/cm2；P1為靜水壓，Kgf/cm2；P2為注漿正常壓，Kgf/cm2；P3為注漿終壓，Kgf/cm2。

因注漿終壓應(yīng)為靜水壓力的3～3.5倍，即

一般來講，注漿壓力可人為控制，注漿壓力應(yīng)由低向高逐漸過渡，在注漿剛開始的前幾個孔，注漿壓力要控制低一些，一次注漿達不到終壓而注入量較大時，可在低壓下結(jié)束注漿，而后復(fù)注，直到本孔段達到終壓，后注孔，因巖層的大中裂隙已被充塞，初期壓力較高，因此注漿終壓常要提高到10 Kgf/cm2，以保證注漿效果。

（6）底板注漿鉆孔總計15個，初步設(shè)計每米注漿1 m3，用水∶水泥為1∶0.8配置水泥漿液。

3.3 漿液的選擇及配備

根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況，注漿采用水泥漿液加固斷層裂隙帶，出現(xiàn)涌水現(xiàn)象采用水玻璃，RSS-化學(xué)無機加固堵水材料，根據(jù)現(xiàn)場情況，任意中的2種漿液通過端頭的漿液混合器充分混合。漿液對巖層裂隙有很強的滲透性，采用調(diào)節(jié)漿液配比和注漿壓力的辦法可使注漿范圍人為控制，凝結(jié)硬化時間可根據(jù)實際工程需要進行調(diào)整，使巖層的孔隙間充滿漿液并固化，改變圍巖的性狀，本漿液對地下水不會造成污染。注漿材料采用漿液采用水泥單液漿，出現(xiàn)涌水突水現(xiàn)場采用水泥水玻璃雙液漿，化學(xué)堵水材料雙液漿。注漿材料見表2，注漿參數(shù)見表3。

表2 注漿材料Table 2 Grouting materials

表3 主要注漿參數(shù)Table 3 Main grouting parameters

整個注漿過程，注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場情況進行調(diào)試，單孔注漿初始壓力設(shè)計0.5 MPa，終孔壓力設(shè)計4 MPa，特殊情況特殊調(diào)試。

3.4 工藝流程

施工準備—測量放線—定位鉆孔—下8 m孔口管—孔口管周圍加固—孔口管內(nèi)穩(wěn)鉆—分層注漿—鉆注至設(shè)計深度—后退式分層注漿封孔—注漿完成。鉆孔注漿工藝流程如圖3所示。

4 注漿后底板突水性預(yù)評價

（1）回采后底板破壞深度按20 m計算，8105工作面回風順槽巷一切眼往外210 m范圍內(nèi)經(jīng)計算突水系數(shù)為0.081~0.065 MPa/m，根據(jù)《煤礦防治水細則》第七十三條第三項規(guī)定注漿加固底板結(jié)束后，采煤工作面突水系數(shù)不得大于0.1 MPa/m。

（2）8105工作面回風順槽巷210 m范圍內(nèi)，底板破壞深度按20 m計算，經(jīng)計算突水系數(shù)為0.05～0.046 MPa/m，小于底板受構(gòu)造破壞段臨界突水系數(shù)0.06 MPa/m，屬于安全區(qū)。

（3）回采時受DF2斷層影響范圍內(nèi)210 m尾應(yīng)控制采高，以減輕回采對底板隔水層的破壞。

5 注漿加固治理效果

通過對8105工作面斷層裂隙帶注漿加固堵水的治理，底板向下探測斷層2個鉆孔封堵良好，已無出水現(xiàn)象；回風順槽巷道揭露斷層帶注漿210 m范圍只有1處受到底板注漿擠壓后巷道幫部滲水，水量較小為0.03 m3/h，經(jīng)過回采期間6個月的觀測，較治理前采空區(qū)水量明顯減小，順利安全的完成了8105工作面回采，達到了預(yù)期治理效果。

6 結(jié) 論

（1）基于8105工作面對斷層裂隙帶注漿加固堵水順利實施，效果明顯，對該礦后期二采區(qū)開拓遇斷層等構(gòu)造開采起到了很好的借鑒作用。

（2）進行注漿加固的主要影響因素為巖層裂縫的大小、漿液的濃度和注漿量。裂隙大小不易控制，所以通過掌握漿液濃度的變化及調(diào)節(jié)泵量的大小來控制壓力的變化尤為重要。

（3）隨著開采深度、開采面積的擴大，斷層裂隙帶、構(gòu)造導(dǎo)水、陷落柱導(dǎo)水、附近開采溝通奧灰水誘發(fā)底板突水的可能性加大，實際開采中，通過先進的物探設(shè)備、留設(shè)安全的防隔水煤柱、注漿加固等手段可對奧灰水進行防治，效果比較理想，達到了安全回采的目的。