彭功强 李西锋

(郑州煤电股份有限公司超化煤矿,河南新密 452385)

煤矿工作面出水封堵及断层加固技术实践

彭功强 李西锋

(郑州煤电股份有限公司超化煤矿,河南新密 452385)

本文介绍了超化煤矿工作面断层出水情况,通过分析此次出水原因和出水水源,制定出了堵水、断层加固方案,采用合理的注浆工艺和方法,成功实现了对工作面出水的封堵,消除了工作面底部承压含水层的威胁,确保工作面安全回采。

工作面出水 方案 注浆

超化煤矿位于河南省新密煤田西南部、平陌-超化矿区东部，属华北型地层。矿井主采二叠系山西组下部的二1煤层，平均厚度9.07m，属较稳定煤层，允许开采深度+60～-900m。

超化煤矿二1煤层主要充水水源为底板灰岩岩溶裂隙承压水，次为顶板砂岩孔隙裂隙承压水。整个矿区处于区域地下水的径流区，存在较多断裂径流通道，其导水性强，水量丰富。矿井二1煤层矿床水文地质勘查类型是以底板岩溶裂隙充水为主的水文地质条件复杂型矿床。

1 采区地质概况

21采区位于超化井田中部东翼，为单斜构造，煤层倾向230°，倾角9°～28°，采区内部发育多条近东西走向、小落差、高角度正断层，其中21091工作面下付巷在掘进时已揭露数条断层。

2 工作面出水情况

为保证工作面回采期间安全，在21091工作面回采前需对其进行全部底板注浆改造。在2011年1月6日工作面回采至116米位置时，下付巷12＃钻场4号孔钻进47.9米，发生钻孔导引L5～6灰岩层以下水诱发了断层出水，出水点位于12＃钻场里帮帮顶。1月8日出水量稳定在90m3/h左右。

同时间，下付巷17＃钻场16号孔钻进55.5米，进入L5～6灰岩2.5米，钻孔出水量55m3/h。通过注浆和联通试验分析：16号孔出水与12＃钻场4号孔、新增13＃钻场西帮梁窝淋水有联通关系。而16＃钻场9号孔、10号孔在进入L5灰岩注浆时引起了下付巷底鼓1.3米。

截止21日7点下付巷总水量稳定在230m3/h左右。

3 出水封堵、断层加固设计方案

3.1 出水分析

该工作面的3个出水点、1个底鼓段均分布在下付巷F3断层及伴生断层F7部位或附近。3个出水点的出水与揭露L5灰岩的2个钻孔有直接关系。在出水后，距离出水点最近的水位监测孔水位从+111.51降至+111.24米，下降了0.27米。

综合分析此次出水水源为L5灰以下灰岩岩溶裂隙水。根据地层、构造、巷道位置、钻孔、注浆和联通试验等情况分析，导水通道应该为F3、F7断层及其伴生断层带和伴生裂隙带。下付巷16＃钻场9号孔、10号孔注浆引起的下付巷底鼓，也是通过F3断层带导水造成的。

3.2 出水封堵、断层加固设计方案

根据资料分析，该处断层裂隙发育、岩石破碎、隔水层薄、出水量大、水压高，这些因素均不利于出水点的封堵，针对这些特点，本次加固堵水工程的设计方案基本思路为：

(1)重点对L5灰岩断层破碎带进行注浆改造，充填裂隙和溶隙，使L5灰岩在断层附近变为隔水层或弱含水层；同时，注浆改造L5灰岩的钻孔在穿越L7灰岩时先对L7灰岩进行改造。(2)F7断层为F3断层的次级构造，设计钻孔均在不同部位穿过F7断层带，也对F7断层进行加固。通过对F3、F7断层深部和浅部双层注浆、充填断层带裂隙，来改变断层带的富水性，使断层不再成为导水通道。(3)通过注浆改造，提高断层带的承压强度，从而实现加固断层的目的。(4)总加固深度控制在煤层底板下50米。(5)加固后预期效果堵水率大于90%，F3、F7断层加固段回采不出水。

根据断层及煤岩层的空间分布特点、断层破碎带和径流带的相对位置，结合井下实际情况，此次堵水布置1＃、2＃、3＃共3钻场，其中3＃钻场需新掘约20米堵水巷。

其中1＃钻场和2＃钻场分别布置5个孔，3＃钻场布置8个孔，各孔终孔位置均为L5灰岩底板。后期为检验堵水及加固效果，并对F3、F7断层破碎带进一步加固，在2＃钻场另布置6个检查孔，在3＃钻场布置7个检查孔，各检查孔终孔位置为L7～8灰岩底板，检验的同时再次加固。详见图1。

图1

钻孔施工顺序采取先加固外段断层，再加固里段断层；先加固距出水点较远的位置，后加固距出水点较近处，引流注浆。

4 堵水注浆

注浆过程中采用“多种注浆材料，多种浆液配方，分层次、分阶段，有选择性的综合注浆法”，针对不同的层段采用不同的注浆材料、浆液配比和不同的注浆工艺，根据注浆量和水量变化情况，进行选择性注浆。

(1)粘土-水泥浆：由单液纯粘土浆加入不同数量的水泥，制成粘土-水泥浆，由于其具有较好的可灌性、抗渗性和可塑性，用来加固断层带、充填灰岩溶隙使用，粘土与水泥的比重可以根据需要随时加以调整。(2)水泥浆+锯末：在注入骨料封堵出水点时，水量明显减少以后，可大泵量压注浓水泥浆加锯末等惰性材料，巩固前段注浆效果，使水量进一步减少。(3)水泥水玻璃速凝双液浆：以不同水灰比的水泥浆与水玻璃同时压注。利用其凝胶时间断、结石率高的特性，在出水通道特别畅通，加注骨料一起作用起压后，可以马上采用水泥水玻璃双液浆。

浆液配比：在堵水过程中，浆液配比是堵水成功与否的关键，水泥浆浓度一般采用比重1.3～1.5；粘土水泥浆比重1.4～1.6；双液浆C：S体积比采用1：1～1：0.5。每次注浆前必须在注浆现场进行配比凝胶试验，根据初凝时间、目的层的吸浆量及孔内混合器的位置具体加以配制。

注浆压力：此次加固、堵水压力控制在3～6Mpa，在浅部注浆时取低值。注浆期间，注意观察邻近各孔，掌握其变化及有无窜浆、窜水情况，以了解浆液的扩散范围和方向，并根据现场情况随时调整注浆压力。

5 效果检验

在对21091工作面出水封堵和断层加固过程中，钻孔累计进尺1720m，注入水泥435t，注入粘土量540t，整个加固工程结束后，下付巷水量稳定在35m3/h。通过对该工作面底板岩溶裂隙注浆加固，增加了煤层底板隔水层厚度，提高了底板的抗压强度，最终实现了该工作面的安全回采，提高了资源利用率。

6 结语

此次工作面出水成功封堵，为我们在注浆堵水工作方面积累了宝贵的实践经验，取得了良好的经济效益和社会效益。但也为我们今后的工作敲响了警钟，使我们更加意识到在地质防治水工作中严格按照有关规定执行的重要性，完善可靠的地下水位观测系统，全面的地质及水文地质等原始资料的积累和收集整理、分析和研究，才是做好防治水工作的基础。

This paper introduces the fault surface water in Chaohua Coal Mine, through analysis of the causes of water in the water source, the water shutoff, fault reinforcement scheme, the grouting technology and reasonable method, the successful implementation of the closure of water on the face, remove the face the threat of bottom aquifer, ensure the work safety mining.

surface water scheme grouting

彭功强(1982-),男,河南周口人,助理工程师。