《基于底板注浆加固的工作面带压回采技术实践》
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摘要：针对二111040工作面具体工程地质条件,设计了该工作面底板注浆加固方案,按设计施工后,进行了效果评价,通过注浆将工作面底板奥灰上段含水层导水裂隙带进行充填,将含水层改造为隔水层,,增强底板岩层的整体强度,降低其突水系数,从而实现回采工作面的安全带压回采.
关键词：底板注浆;加固;带压回采
一、地质概况
根据二111040工作面相关地质水文资料,结合该工作面顶底富水岩层的埋藏条件,对该工作面突水性影响较大的含水层为底板奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层,该含水层为灰、深灰色厚层状石灰岩,本工作面范围内顶板埋深600～1000m,距二1煤层底板垂距平均59m,一般情况下,对二1煤层的回采没有影响,但由于本含水层富水性、导水性不统一,水源补给条件好,从而水压较大,是威胁本工作面安全回采的主要水害威胁源,如遇构造破坏或隔水层厚度变薄地段使上下含水层发生水力联系,易造成水害事故,对此应引起足够重视.
二、底板注浆加固方案确定
(一)钻场布置及钻孔套管长度确定
1 因该工作面下部为已采二111060工作面,因此在平面图设计中,分别在二111040工作面上巷底抽巷、二111040工作面下巷,每隔60m布置一个钻场,以达到工作面外轮廓线30m为加固为目标范围,每个钻孔终孔位置注浆扩散半径为35～40m为要求,做到该工作面底板注浆加固全覆盖.另外,钻孔布置要求长短结合、斜孔为主,尽量与地质构造区域垂直或斜交,尤其对瞬变电磁等物探手段探测到的异常区域,需要重点探查并加固,在施工过程中,发现地质或水情异常区域,应及时增补钻孔,进行探查加固,经钻探得到验证区域,可适当加大终孔间距.
2 根据二111040工作面实际情况,工作面共设计钻场32个,布置在二111040上巷底抽巷和二111040下巷内.钻场具体位置见附图.钻场要尽量选择在顶、底板较完整、支护较好地段.鉆场规格：长*宽*高等于4.5m*5m*3.5m,每个钻场间距60m,钻场附近开挖泵坑或水沟引水至附近泵坑,确保施工钻场综合排水能力不小于70m?/h.以二111040工作面下巷7#钻场为例,其布置如下图所示：
(二)注浆终压及钻孔终孔平面间距确定
由临近已采的二111080工作面底板注浆加固钻孔实揭数据知,二111040工作面奥灰水含水层最大静水压力为4.22MPa,由此可知,二111040工作面底板注浆改造工程的注浆终压为12～13MPa（按照注浆终压为最大静水压的2～3倍计算）,根据已采二111080工作面底板注浆加固经验,浆液扩散半径约35～40m,为了有效地改造煤层底板,保证注浆效果,本次底板改造工程钻孔终孔层位控制在奥陶系灰岩顶界面以下30m,平面终孔间距为70～80m,工作面外侧控制平面距离不小于30m.
(三)底板改造工程注浆改造厚度确定
式中 M—隔水岩柱的实际厚度（m）;
TS—突水系数（MPa/m）,正常岩层地段,突水系数选0.1MPa/m,断层附近及构造破碎地段,突水系数选0.06MPa/m ;
P—底板隔水岩层承受的水压值（MPa） ;
即：破碎构造地带改造隔水层厚度： 完整地带改造隔水层厚度：
M改等于4.22/0.06等于70.3mM改等于4.22/0.1等于42.2m
完整地带注浆改造隔水层厚度为煤层底板以下42.2m,破碎构造地带改造隔水层厚度为煤层底板以下70.3m,但由于本工作面奥灰含水层顶界面以下30m以前层富水性相对较强,本次加固以探查并加固30m以前奥灰含水层为主,即二1煤层底板以下89m.
(四)钻孔施工顺序
钻孔按照由外往里间隔施工的原则进行施工,在单个钻场内,严禁出现两个及两个以上钻孔同时钻进至奥灰含水层,施工下一个钻孔前,必须保证上一个钻孔注浆完成且封孔合格,若单个钻场内使用地面注浆系统进行注浆时,不得进行钻进作业.
三、注浆效果分析
(一)工程质量评价
二111040工作面底板注浆改造工程共布设31个钻场,完成钻孔163个,完成钻探进尺22122.3m,注浆干料量22339.2t,总注浆量与钻孔总涌水量比值为22.8,单孔最大注浆量为5318.99t,符合设计和规程要求.
(二)突水危险性评价
二111040工作面二1煤底板至奥灰顶界面垂距平均59m,突水系数0.08MPa/m;注浆改造厚度为二1煤底板垂距89m,隔水层厚度加大,突水系数为0.05MPa/m.经注浆改造后,该工作面突水系数均小于1MPa/m,工作面回采临界突水系数小于《煤矿防治水细则》要求.
(三)异常区、断层加固效果评价
针对瞬变电磁异常区已布置验证孔（WT-1）进行探查验证,验证孔钻进过程中仅在太原组出水1m?/h,另外该处异常区内还施工了S2-10钻孔,该孔奥灰层位出水0.5m?/h,同时结合现场在异常区附近存在一处排水泵坑,因此判断该处异常区为假异常区,对工作面回采影响不大.总之根据瞬变电磁探测结果分析,该工作面全覆盖注浆加固效果良好;
在工作面施工底板注浆加固钻孔期间,已对60正断层进行进行探查,共设计两个钻孔,其中S9-1孔奥灰层位出水3m?/h,、X7-1孔在奥灰层位未见水.根据探查资料综合分析,该断层附近底板含水层富水性较弱,隔水性良好,无奥灰水导升现象.
二111040工作面实际揭露3条正断层,其中11040-1和11040-2两条断层均为顶板断层,煤厚变化较小,底板岩层连续未断开;11040-3断层为底板断层,已布置三个底板注浆加固钻孔（S7-4、S8-4和S检8-1）对其探查,其中先施工S7-4孔（121.5m出水7m?/h）和S8-4孔（135m出水0.5m?/h）,随后又布置S检8-1孔进行探查验证,钻进至终孔未出水,说明地层岩溶裂隙不发育,岩体赋水性、导水性及连通性较差.
四、工作面回采中的防治水要求
（一）对二111040工作面和11采区涌水量每旬进行一次测量,对15采区水文孔奥灰水位进行全天候监测;掌控二111040工作面和11采区涌水量变化趋势,发现涌水异常变化,则及时查清异常变化因素,必要时停产撤人.
（二）每月编发二111040工作面水情水害预报,发现库区水位超警戒、奥灰水压异常抬升、底鼓变形、淋水加大等情况要及时向调度会通报;及时制定相应的安全技术措施,同时制定相应的安全技术做出危险性分析,必要时可采取停采撤人,确保工作面回采安全.
作者简介：郭鹏（1991-）,男,本科学历,毕业于河南理工大学万方科技学院,助理工程师,现从事煤矿地测防治水工作.
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