超前探测预注浆加固技术在陈四楼煤矿的应用.pdf

8 O 田 君孙兴建沈冰超前探测预注浆加固技术在陈四楼煤矿的应用 2 0 1 4年 超前探测预注浆加 固技术在 陈 四楼煤矿的应用 田君 ， 孙兴建 ， 沈冰 河南煤业化工集团永煤公司陈四楼煤矿， 河南 永城4 7 6 6 0 0 摘要 陈四楼煤矿 目前八采 区和五采 区深部 大巷水平标 高分别达到 了 一5 9 3 m 和 一 7 2 0 m， 大巷 底板承受的太原组灰岩含水层水压也分别达到 了5 MP a 和 5 ． 5 MP a ， 大巷施工中遇到落差较 大 1 O m以上 导水性断层 时， 受矿压和放炮震动等影响可能发 生突水危险。为避免突水事故影响矿 井 安全生产， 采取超前探测的方法对前方断层 的产状及导水性进行探查 ， 然后对巷道前方的断层附近 底板灰岩进行注浆加 固， 再辅以电法勘探对加 固效果进行验证 ， 以达到安全通过断层的 目的。 关键词 标高； 水压； 导水断层； 突水 中图分类号 T D 7 4 5 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 7 4 9 X 2 0 1 4 0 4 0 0 8 0 0 3 0 引言 陈四楼 煤矿为永煤集 团第一对现代化 大型矿 井 ， 该矿井 1 9 9 7年投产 ， 目前矿井南翼七、 十一 、 十 三采区已基本采完 ， 未开采 的深部采区五 、 九、 十五 采区将是矿井主要生产采区 ， 北翼二、 四、 十、 十二采 区已基本采完 ， 六、 八 、 十四、 十六采区为今后矿井北 翼主要生产采区。根据 陈四楼煤矿水文地质条件 分类报告 ， 界定矿井为水 文地质条件 中等类型矿 井 ， 根据矿井在历年生产 中出现过一些影 响生产安 全的水害事故总结得 出， 矿井水害 的主控 因素为断 层及其产生的次生小构造 出水 ， 因此深部采 区在开 拓巷道中揭露大断层 时将产生安全威胁 ， 必须采取 措施对断层的产状及 富水性进行探查 ， 摸清构造 的 导水性后再决定施工方案。本文 以陈四楼煤矿五、 八采 区大巷施工为例作简要介绍 。 1 五采区深部揭露 F s 2正断层 1 ． 1 工作面及物探成果 工作面情况一7 2 0辅助水平皮带巷位 于五采 区， 巷道 目前 以 3 ％ 0 上 山掘进、 处于二 煤底 板细砂 收稿 日期 2 0 1 4 0 1 2 6 作者简介 田君 1 9 8 4 一 ， 男 ， 湖北 石首人 ， 2 0 0 7年毕 业 于河南理 工大学 ， 助理工程 师， 现从事煤矿 防治水工作 。 岩层 ， 截至 2 0 1 3年 1月 9 日早 班 ， 巷道 已施 工至 7 2 0 P 1 9点前 6 5 m， 预计 巷 道施 工至 7 2 0 P 1 9点前 1 4 2 ． 5 m处时巷道右帮将揭露 F s 2正断层 。根据三 维地震 勘 探 资 料 显 示 ， 该 断 层 为 走 向 7 7 。 ， 倾 向 3 4 7 。 ， 倾角 6 0 。 ， 落差 1 9 m的正断层 。 根据层位关系 ， 一7 2 0辅助水平皮带巷施工 在 煤层底板砂泥 岩层 位 中， 距 离煤层底 板约 1 0～1 5 m， 而煤层距离太原组上段灰岩距离为 4 5～5 0 m， 大 巷底板距离灰岩顶板距离仅 3 0～4 0 m， 该断层三维 地震勘探落差达到 1 9 m， 也就是说大巷在穿过断层 后距离灰岩仅 1 1 2 1 m， 该 区域太灰水压达到 5 ． 5 ～ 6 MP a ， 在巷道揭露灰岩过程中在断层 裂隙及水 压、 矿压的作用下将很可能发生突水威胁影 响巷道 掘进。因此必须对该断层 的落差及导水性进行超前 探查 ， 然后施工底板钻孔对断层影响区域灰 岩底板 进行注浆加固。 物探成果及分析 为了更好的指导钻孔设计 ， 使 补孔更加经济合理 ， 对巷道迎头及底板分别 采用 了 高密度电法和瞬变 电磁法进行了富水性探测。为提 高勘探的精确度 ， 在巷道迎头前方及巷道迎头底板 分别采取 了两种不 同的勘探方法对富水性进行 了探 查 ， 根据探测结果可知 ， 在迎头前方 6 0～1 0 0 m范 围 内巷道存在低阻异常区 ， 该异常区主要集 中在巷道 前方的两侧范围内， 迎头前方底板也存在一低阻异 第4期 田 君孙兴建沈冰超前探测预注浆加固技术在陈四楼煤矿的应用 8 1 常区， 因此在底板注浆钻孑 L 及探测钻孔设计 时应对 该区域设计钻孔重点进行探测。 1 ． 2 钻孔设计及探测结果注浆加固效果 钻孔设计 一7 2 0辅助水平皮带巷 向前掘进过 程中将从 F s 2正断层上盘揭露断层面 ， 为 防止巷道 通过断层面进入断层下盘时距离太原组上段灰岩太 近而发生水害事故 ， 巷道在施工至 7 2 0 P 1 9点前7 5 ． 5 m时停止掘进 ， 由探防队在迎头施工超前探测钻孔 ， 对巷道前方 F s 2正断层 的位置 、 落差及导水性进行 探测， 以确定是否对该断层进行加固。具体参数如 表 1 ， 表 2 。施工过程 中可根据实际情况对钻孔参数 和个数进行调整。 表 1 超前探测 F s 2断层落 差钻 孔设计参数表 表 2 加固 F s 2正断层注浆钻孔设计参数表 h - - 注 1 1 7 8 2 0 2 0 注 2 1 7 8 3 2 2 0 注 3 1 6 1 1 9 2 0 注 4 1 9 5 3 0 2 0 注 5 1 6 1 2 1 4 0 注 6 1 7 8 2 3 2 6 注 7 1 7 8 9 2 0 5 O 5 0 4 5 5 0 4 0 5 O 0 探测结果 施工 3个探测钻孔有 2个见煤 ， 一个 钻孔未见煤。根据钻孔揭煤情 况进行分析 ， 重新确 定了该三维地震断层 的参数 ， 较原参数更加准确 ， 指 导性更强 。经过探测 ， 确定该 断层的落差为 8 。 5 m、 倾角为4 6 。 ， 确定了断层的位置。落差较原落差小 9 ． 5 m 表 3 。 表 3 探测 F s 2断层落差成果表 底板注浆加 固效果评价分析 根据钻探注浆统 计情况分析， 共计施工钻孔 7 个， 总注浆量 9 2 0 t ， 总 钻探进尺 7 4 0 m。现从 以下几方面对注浆加 固施工 情况进行分析。①从钻孔施工次序上分析。先施工 的注 1 、 注 3孔在接近断层面时 出现塌孔 ， 经讨论分 析， 注 1 、 注 3孔加固后先放置 ， 再优先施工注4 、 注5 孔 ， 后续 又补加注 6 、 注 7孑 L ， 以及未施工完成的注 1 、 注 2 、 注 3孔 ， 为注 4 、 注 5孔的检查孑 L ； ②从钻孑 L 出水次数分析。先揭露含水层 的注 4 、 注 5孔分别 出水 6次 、 3次， 且注浆量较 大， 经过对这 两个钻孔 的加固， 后续揭露含水层的钻孔 只有注 2孔 出水 2 次， 其余钻孔均未出水； ③从钻孔出水量分析。先揭 露含水层的钻孔最 大出水量达 5 0 m ／ h ， 这 两孔施 工结束后再施工的钻孑 L 最大出水量为 3 0 m ／ h ； ④从钻孔注浆量方面分析。先揭 露含水 层的注 4 、 注 5孔分别注浆 3 1 8 ． 1 5 t 、 2 4 4 ． 9 5 t ， 后续施 工的钻 孔共注浆 3 4 0 ． 4 t ； ⑤从钻孔 日常施工工程质量监督 和钻孔验收方面分析 。所有钻孔均按设计施工 ， 封 孔工艺符合要求， 质量合格； ⑥从 日常施工进度方面 分析。因施工钻孔均为了加固巷道施工前方范围内 断层裂隙， 设计钻孔揭露含水层位置临近， 所以只能 施工一孔注一孔 ， 不能交叉循环作业 ， 同时因断层面 破碎带出现塌孔 ， 对未达到设计孔深 的注 1 、 注 3 、 注 6孔进行了封孔处理。 综合以上几方面分析， 该巷道前方的 F s 2断层 为导水断层 ， 断层 面岩 石破碎 ， 且 灰岩段 富水性 较 强， 通过注浆加固， 对断层破碎带及太原组上段灰岩 进行了有效封堵 ， 注浆效果较好 ， 达到 了设 计 目的， 巷道可以安全掘进 图 1 。 图 1 F s 2正断层 加固成果图 躲T， 啪 m m 8 2 陕西煤炭 2 八采区南翼辅助皮带巷揭露 F 1 3正断层 2 ． 1 钻孔施工及超前探测 掘进施 工情况 八采 区南翼辅助皮带巷 目前 以 3 ％ 0 上山掘进 ， 处 于二 煤顶 板 砂 质 泥岩 层 ， 截 至 2 0 1 2年 1 0月 1 1日早班 ， 巷道 已施工至 8 S F P 1 点前 9 0 m， 预计巷道施工至 8 S F P 1点前 1 6 6 m处时巷道 右帮将揭露 F 1 3正断层 ， 根据三维地震勘探资料显 示 ， 该断层为走向 3 0 4 。 ， 倾 向 3 4 。 ， 倾角 6 0 。～ 7 0 。 ， 落 差 0～ 3 8 m的正断层 。 钻孔施工情 况 八采区南翼辅助皮带巷超前探 测设计 钻场一组 ， 钻场位 于 8 S F P 1点前 1 4 9 m， 规 格 长 x宽 x深 3 ． 6 m x 3 m x 4 m ， 泵窝 位 于 8 S F P 1点前 1 4 0 m， 规格 长 x宽 x深 3 ． 2 m x 3 m x 4 m ， 均位 于巷道 方 向的左侧 ， 钻场 和泵 窝之 间 施工有连接水沟和沉淀池。超前探测钻场于 1 1月 5日开始施工 ， 至 1 1月 2 6日施工结束 ， 钻孔全部封 孑 L 合格 。施工钻孔 8个 ， 其 中见煤钻孔 5个 ， 未见煤 钻孔3个， 还有一个钻孔根据前期探煤情况决定不 予施工。除探 7孔施工方位为 1 1 。 外， 其余钻孔施 工方位均为 1 9 1 。 ， 钻孔施工 的具体情 况如表 4 所示 。 表4 超前探测钻孔的施工情况表 超前探测总结 经过超前探测 ， 部分钻孔有塌孔 或出水现象 ， 据此判断此处为断层位置 ， 同时根据各 个钻孔的见煤和未见煤情况 ， 得 出 F 1 3正断层在巷 道掘进方向处， 断层落差为4 5 m 、 倾角为6 1 。 ， 确定 了断层的位置。根据探测结果 ， 探测煤层下盘的钻 孔均未出水 ， 因此得 出了该断层为不导水断层的结 论 ， 巷道可以安全掘进 。 2 ． 2底板加 固及巷道揭露断层 底板加 固情况 ①经过前期超前探测 ， 已初步探 明该断层为不导水断层 ， 为了进一步保证八采区南 翼辅助皮带巷掘进施工安全 ， 封堵断层周 围的围岩 裂隙 ， 确保掘进施工安全 ， 设计注浆钻孔加固该断层 及其周 围裂隙。另外 ， 注浆加 固钻孔 除加 固八采区 南翼辅助皮带巷底板 ， 改造薄层灰岩含水层为隔水 层 、 封堵断层及其周围围岩裂隙外 ， 还设计加 固八采 区南翼辅助轨道巷 的底板 ， 由于八采 区南翼辅助轨 道巷标高较八采区南翼辅助皮带巷更低 ， 离灰岩含 水层更近 ， 且穿断层施工 ， 因此掘进施工过程中更易 受水害威胁 ， 因此， 需重点 注浆加 固该巷 道下部底 板。除注浆加 固外 ， 注浆加 固钻孔还兼顾探测煤层 位置 ， 进一步判断断层产状的作用； ②根据实际探测 断层落差情况及上下盘煤层情况分析断层两盘太原 组灰岩展布情况 ， 确定 注浆加 固钻孔层位及 落点位 置 ， 对该断层进行逐渐加 固。加 固钻孔应覆盖八采 区南翼辅助皮带巷及八采区南翼辅助轨道巷通过断 层段巷道两侧 的2 0 m范围； ③注浆加 固钻场设置在 探测钻场内， 施工过程 中均选用专业探放水设 备和 专业探放水人员， 并有专职的技术人员指导， 保证工 程质量和注浆效果； ④在注浆过程中， 几乎全部的注 浆钻孔均塌孔 ， 塌孔位置均 比较一致 ， 预计该处为断 层破碎带 ， 而且钻孔施工过程中均穿越煤层 ， 初步确 认 了断层的走向， 且断层落差 比前期超前探测 的落 差要小 。断层在 穿越含水层之前 均未 出现 出水现 象 ， 直到达到 目的层位 L I O灰钻孔才 出水。所施工 6个注浆加固钻孔 中有注 1钻孔因塌孔严重提前终 孔 ， 其余钻孔均施工到设计位置并延伸到位， 所有钻 孔均封孔合格。2个钻孔注浆量较大， 注浆效果较 好 ， 最后补加的钻孔出水 5 m ／ h ， 水量较小 ， 证 明加 固效果较好 。所施工钻孔均封孔合格。 巷道施工揭露断层情况 经注浆加 固后 ， 巷道继 续掘进 ， 掘进过程 中， 工作面并 未出现 出水征兆 ， 巷 道于 8 S F P 5点前 4 6 m处 ， 与超前探测断层所预计位 置相差无几 ， 巷道揭露 F 1 3断层 ， 经过现场实际收集 该断层产状 ， 确定该断层倾向 4 0 。 ， 倾角 7 2 。 ， 落差 2 8 m， 该断层约有 1 ． 7 m宽的断层破碎带 ， 破碎带 内充 填断层泥， 断层角砾岩 ， 褐铁矿等典型破 碎带物质 ， 巷道在揭露断层后并未按预计情况揭露煤层 ， 经过 分析现场实际岩层情况 以及断层面和断层破碎带情 况 ， 确定该断层附近衍生小断层 ， 煤层被错断至巷道 底板以下 ， 正常煤层在掘进巷道正前方 ， 因此 ， 巷道 上转第 7 3页 第 4期 姬剑波浅析新桥煤矿主排水泵集控系统 7 3 电价时段等因素 ， 自动起停水泵 ， 阀门与水泵之间联 锁起停 ， 并实时检测各个设备的状态， 发生故障自 动 停机并报警。此方式下可实现无人值守。 3 结语 根据该系统在新桥煤矿的运行效果来看 ， 系统 由于采用了先进的计算机技术、 现场总线技术、 通信 技术 、 工业 以太 网技术等先进技术 ， 具有运行稳定可 靠， 控制操作方便、 灵活， 故障率极低， 降低了维修费 用和电耗等优点 ， 有效提高了主排水泵房 自动化管 理水平。 参考文献 [ 1 ] 姬剑波． 基于 s 7 ． 3 0 0 P L C的主扇风机分布式监控 系统[ J ] ． 煤矿机械， 2 0 1 3 ， 3 4 2 9 6 - 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卜 一 施 ， 对深部采区大巷大 断层采取先探测加固再掘进 的措施 ， 为大巷安全掘进提供 了安全保障 ， 同时也使 矿上正常采掘接替得 以如期进行 ， 取得 了良好 的经 济效益和社会效益 。 参考文献 [ 1 ] 国家煤矿安 全监察局． 煤矿 防治水规定 释义 [ M] ． 北 京 中国矿业 大 学 出版社 ， 2 0 0 9 ．1 2 1 88 1 9 5． [ 2 ] 彭苏萍． 深部煤炭资源赋存规律与开发地质评价 研究现状及今后发展趋势[ J ] ． 煤， 2 0 0 8 ， 1 7 2 1 1 1 App l i c a t i o n o f a d v a n c e d d e t e c t i o n a n d p r e - g r o u t i n g r e i n f o r c e me n t t e c h n o l o g y i n Che n s i l o u M i ne T I A N J u n ， S U N X i n g - j i a n ， S H E N B i n g C h e n s i l o u Mi ne ， Y o n g m e i c o m p a n y ， H NC C， Y o n g c h e n g 4 7 6 6 0 0， C h i n a Ab s t ra c t I n C h e n s i l o u Mi n e ，t h e l e v e l e l e v a t i o n o f ma i n e n t r y i n e i g h t h a n d fi ft h mi n i n g are a i s 一5 9 3 m a n d 一7 2 0 m r e s p e c t i v e l y， t h e wa t e r p r e s s u r e o f ma i n e n t r y fl o o r i s 5 MP a a n d 5 ． 5 MP a r e s p e c t i v e l y ．Du rin g t h e c o n s t r u c t i o n p r o c e s s o f ma i n r o a d wa y ，i f l a r g e r d r o p mo r e t h a n l O rew a t e r c o n d u c t i v e f a u l t e n c o u n t e r e d，t h e wa t e r i n r u s h ma y h a p p e n e d ．T o a v o i d t h e wa t e r i n r u s h t h a t a f f e c t i n g mi n e s afe t y p r o d u c t i o n。fi rst ，a d o p t t h e a d v an c e d d e t e c t i o n t o d e t e c t f a u l t o c c u r r e n c e a n d w a t e r c o n d u c t i v i t y，a n d t h e n，r e i n f o r c e b o t t o m l i me s t o n e a r o u n d t h e f a u l t s b y c o n s t r u c t i n g a d v a n c e d b o r e h o l e s ，l a s t ，v e r i f y t h e r e i nfo r c e me n t e f f e c t b y e l e c t r i c al p r o s p e c t i n g me t h o d ． Ke y wor d s e l e v a t i o n；wa t e r p r e s s u r e；wa t e r c o nd u c t i v e f a ul t ；wa t e r i nr us h