刘凤波 白景志 王乐义

（临沂矿业集团公司，山东 临沂 276017）

王楼煤矿位于济宁煤田的南部，井田地表大部分为微山湖区所覆盖，主要含水层有第四系含水层、上侏罗统砂砾岩裂隙含水层、主采3上煤层顶、底板砂岩（统称3砂）裂隙含水层、太原组灰岩裂隙含水层。2013年三采区13301工作面发生采空区透水事故，最大突水量900.0m3/h，导致工作面被淹。

1 13301工作面出水情况

13301工作面为三采区首个工作面，综合机械化采煤，地面为蔡河，工作面走向长1160m，倾斜宽160m，煤层埋深900～960m，煤层平均厚度2.15m；工作面北部为三采区轨道、胶带下山，南部为3上煤层隐伏露头线，东部为13303工作面，西部为三采区下部开拓区域。

在掘进过程中，13301工作面两顺槽顶、底板多个点出水，出水量约60m3/h；回采过程中涌水量逐渐增大，见图1。

（1）工作面推进到0～433.70m时，总出水量约60m3/h。

（2）工作面推进到433.70～560m时，出水量从75m3/h逐渐增加到190m3/h。

（3）工作面推进到560～638.90m时，出水量从190m3/h快速增加到650m3/h。

（4）工作面推进到638.90～690m时，出水量由650m3/h增加到800m3/h，工作面推进到719.40m处涌水量增加到900m3/h，导致工作面被淹停产。

图1 13301工作面推进度与突水量曲线图

2 出水通道及水源分析

2.1 出水通道分析

（1）三维地震勘探报告方差体解释13301工作面上方发育有一个低阻异常区(FQ7)，为“垂直密集裂隙带”，平面呈椭圆形(长轴185m，短轴93m)。该异常区内裂隙向上发育，局部达到第四系底界，导通上部含水层。见图3。

后期水平钻孔钻探成果验证了三维地震勘探报告13301工作面上方存在“垂向密集裂隙带”，其地质成因为复合型背斜产生的高角度裂隙，也是13301工作面透水的主要通道。音频电穿透探测成果显示，该处为低阻富水区。

（2）13301轨道掘进期间揭露一组断层（F21：∠ 75 ° H=17m；F22： ∠ 65 ° H=7m；F23：∠75° H=7m)，该组断层斜穿工作面，距切眼约220m左右，走向长约400m，断层最大落差约17m。分析工作面推过后断层组活化，成为导水断层组后导通上部含水层。

（3）3C-4钻孔位于13301工作面中部，工作面推过3C-4钻孔20m（距离开切眼590m）后，水量增长速度最大，水量由190m3/h增加到650m3/h，该孔为地质孔，施工过程中曾揭露强漏水层段，加黄豆等骨料后才得以通过，分析认为钻孔封孔不良，导通上部含水层。

2.2 透水水源分析

（1）3C-21水文观测孔

3C-21孔位于三采区北部，靠近刘官屯断层，距离13301工作面最近750m，为侏罗系砂岩裂隙含水层长观孔，出水前后钻孔水位变化明显。工作面出水后，侏罗系水位呈快速下降趋势， 2013年2月14日～2013年4月11日期间，水位累计下降143.99m，平均每天下降2.618m。如图2。

图2 3C-21钻孔水位变化图

（2）3C-30水文观测孔

该孔位于刘官屯断层以南，距13301面最近距离1300m，侏罗系砂岩裂隙含水层水位变化趋势与3C-21相似，13301面出水后水位呈快速下降趋势。

（3）水质化验分析

建井期间主副井筒揭露的侏罗系含水层水pH值为8.3，相邻13303面3煤顶板淋水pH值为7.6，13301采空区水pH值为7.5～8.1，水质分析认为13301采空区水为混合水。

工作面出水后，分别进行了地面电法探查和井下打钻探查，通过电法探查、井下打钻、矿井充水水源和充水通道的分析研究，认为水源主要为煤层顶板三砂(3煤顶板)水、上覆侏罗纪含水层水，刘官屯断层串联上覆各含水层；导水通道主要为断层组、垂直密集裂隙带、3C-4钻孔封孔不良。为此采用地面垂直钻孔边探查、边注浆相结合的堵水方案。

3 地面注浆堵水方案

3.1 垂直钻孔注浆堵水

地面先后共施工4个探查注浆孔，其中：

1#探查注浆孔：位于13301工作面上方中部，断层组内，距开切眼286m，终孔层位为石盒子组中部泥岩层，下距3煤层顶板80m，注浆期间未发现井下工作面有漏浆现象，说明该孔周围没有直接进入采空区的透水通道。

2#探查注浆孔：位于13301皮带顺槽上部，距开切眼60m，注浆后涌水量略有减少，说明注浆堵住了部分裂隙。

3C-4探查注浆孔：位于13301工作面中部，距离切眼530m，突水后怀疑该孔封闭不良，决定启封注浆，因地面施工条件限制封堵孔距原孔35m。注浆后工作面水量由750m3/h减少至590m3/h，说明注浆堵截了透水的部分补给通道，起到了明显的堵水作用。

3C-5启封注浆孔：共注浆三次，注浆后工作面水量呈下降趋势，由于与1号水文探查孔同步注浆，两孔升压有一定的同步性，不排除两孔同时起到减水效果的可能。

3.2 地面水平定向钻孔注浆堵水

13301工作面经过前期堵水及疏放，回采结束后涌水量有所减少，但仍然稳定在520m3/h左右，占矿井总涌水量的一多半。为了节省排水费用，采用地面定向水平钻进及水平分支钻孔注浆封堵上部导水通道。

（1）堵水方案

本次地面定向水平钻孔及水平分支钻孔，设计在3上煤层顶板之上石河子组地层内，距离煤层85～110m左右。先期施工主孔，对FQ7裂隙发育区、断层组（F21、F22、F23）、3C-4孔附近及切眼至开采距离690m位段突水通道探查，根据探查情况布置分支孔。通过注浆，在该地层形成一个有效的隔水层。

图3 13301工作面水平分支钻孔剖面图

（2）探查情况

水平主钻孔施工过程中穿过石河子组地层，以红褐色砂岩为主，中硬。在预计F21断层组位置钻孔揭露漏浆点较少。在钻孔穿过3C-4钻孔位置后，岩石裂隙率逐步增大，漏浆点逐步增加，最小裂隙间距2m，每次注浆使用水泥大约80t，须反复注浆、钻进才能通过。

（3）地面定向钻进及注浆

主孔：主孔孔口位置在FQ7裂隙发育区长轴方向以南230m处，孔深660m以上为直孔钻进，660m以下为定向造斜钻进，距离3上煤顶板115m左右。

穿过断层（F21、F22、F23）区，终止于FQ7裂隙发育区，在断层（F21、F22、F23）区、FQ7裂隙发育区内多次出现漏失并进行注浆，终孔深度1163m。

分支1孔：在分支3孔960m处开孔，分别在位置3C-4孔1241m、1268m、1320m处漏浆并注浆，终孔至1320m。

分支2孔：在主孔940m处开孔，穿过F21、F22、F23断层密集区未发现漏失，主要漏失段在FQ7裂隙发育区边界外，终孔1291m。

分支3孔：原分支3孔因套管原因作废，新孔627m处开孔，终孔1315m，漏失位置多在FQ7裂隙发育区内。

分支4孔：于分支3孔960m处开孔，终孔1320m，漏失位置3C-4孔附近。

注浆材料选用普通硅酸盐水泥，水玻璃，粉煤灰；单液浆、粉煤灰及双液浆联合注浆堵水，遇漏则注，升压停注。

图4 13301工作面地面水平分支钻孔平面布置图

4 注浆堵水效果

本工程共施工主孔一个，分支钻孔4个，钻探总进尺2897.57m，注入水泥9821.57t，黄泥混合浆等其他材料428.26m3。

工程结束后实测，13301（含13303）涌水量从570.0m3/h减少至387.0m3/h，减少了183.0m3/h，每年可节约排水费用约2055万元，经济效益显著。

5 结论

（1）与地面直孔注浆相比，地面水平定向钻孔及分支钻进，可以随时进行二次或三次定向，可以打出“S型”、“L型”钻孔，穿过断层裂隙带、垂直密集带、3C-4地质钻孔等多个可能存在的透水通道，注浆效果明显提升。

（2）注浆过程中根据实际情况改变注浆材料、浆液浓度、注浆泵压等参数，精确定位至3上煤层顶板之上的石盒子组、侏罗系底界等含水层，对该区域顶板岩层进行注浆改造，在注浆段形成一个有效的阻水隔水层。

（3）主孔及各分支孔有效验证了之前三维物探成果报告中提出的“垂直密集裂隙带”实际存在，范围发育至3C-4钻孔附近。钻进靠近密集高角度裂隙带时，增加了钻进难度，须反复注浆、钻进方能通过。