辛置煤矿2-216工作面底板局部注浆改造技术应用研究_郑宏旭.pdf

煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 1工程概况 山西焦煤集团公司辛置煤矿的 2- 216 综采工作 面位于 310 水平二采区正前轨道巷左侧， 东北面紧邻 二采区正前轨道巷， 东面距离 2- 206 工作面约 310m， 其余方向无任何工作面。工作面地表位于洪洞县境 内，南沟村东北方向；背面距鑫磊煤业工业广场约 1000m， 东北面距上跑蹄村约 800m， 东面距上跑蹄工 业广场约 1600m， 西南面距南沟村约 300m。2- 216 工 作面对应地面标高为 628～716m，工作面标高为 208～288m。2- 216 工作面所采 2 煤层位于二叠系 下统山西组， 煤层稳定可采， 结构复杂， 含两层夹矸， 其中第二层夹矸层位较稳定， 厚度稍大， 为低硫肥煤。 2 煤层厚度为 3.8m～4.3m， 平均 4.1m， 属于中厚煤 层。2- 216 工作面内煤层整体为单斜构造， 东北高西 南低， 工作面煤层倾角平均 9， 工作面掘进期间共 揭露 9 条断层， 断层的详细情况如表 1 所示。工作面 正巷东侧为 X- 46 陷落柱， 该陷落柱已在二采区轨道 巷揭露，对工作面回采存在一定影响。辛置煤矿 2- 216 工作面断层及陷落柱等地质构造较为发育， 工 作面采动影响下， 存在导通底板承压含水层而发生突 水的危险， 现对其治理措施展开研究。 表 1断层一览表 辛置煤矿 2- 216 工作面底板局部注浆改造技术应用研究 郑 宏 旭 （霍州煤电集团辛置煤矿 ，山西 霍州 031412 ） 摘要 山西焦煤集团公司辛置煤矿 2- 216 工作面为带压开采工作面，为确保工作面的安全正常回 采， 通过现场勘测调研、 理论分析等方法， 采用瞬变电磁法对底板异常富水区进行圈定， 据此设计采用 底板钻孔局部注浆技术对底板进行改造， 注浆工程施工完成后瞬变电磁复探结果及后期 2- 216 工作 面的生产状况表明， 原有的大面积富水异常已经消失或者减小， 工作面正常涌水量为 35m3/h， 最大涌 水量为 120m3/h， 最终有效杜绝了底板承压水的威胁。 关键词 注浆钻孔 ； 瞬变电磁法 ； 理论分析 中图分类号 TD745文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 03- 0018- 03 Application Research on Local Grouting Reconstruction Technology of 2-216 Working Face in Xinji Coal Mine ZHENG Hongxu （Huozhou Coal- ElectricityGroup CompanyXinzhi Coal Mine ，Shanxi Huozhou 031412 ） AbstractThe 2- 216 working face ofXinjiao Coal Mine ofShanxi Coking Coal Group Co., Ltd. is a working face with pressure mining. In or- der toensure the safe and normal miningofthe workingface, through the site survey and investigation, theoretical analysis and other s, the abnormal water- rich area ofthe bottom plate is carried out by transient electromagnetic . According to this design, the bottom plate is modified by the local grouting technology of the bottom plate drilling. The transient electromagnetic re- exploration result after the comple- tion of the grouting project and the production status of the 2- 216 working face in the later stage indicate that the original large- area wa- ter- rich anomalyhas been Disappearingor reducing, the normal water inflowon the workingsurface is 35m3/h, and the maximumwater inflow is 120m3/h, which ultimatelyeliminates the threat ofpressure on the bottomplate. KeywordsGroutingborehole ; transient electromagnetic ; theoretical analysis; 断层 编号 位置倾向倾角性质 落差 （m ） 对回采影响程度 F18副巷西北侧14545正断层50对回采影响较大 F1411切巷 27 点前 7m10750正断层6.2对回采影响较大 F1388副巷 22 点前 2m13255正断层1.6对回采影响较大 F1336副巷 20 点前 34m13346正断层1.2对回采影响较小 F1379副巷 10 点前 35m33035正断层1.1对回采影响较小 F1337副巷 4 点前 54m15247正断层1.8对回采影响较小 F1335副巷 4 点前 47m15368正断层2.5对回采影响较小 F1334副巷 4 点前 23m26745正断层0.6对回采影响较小 F1333副巷 11 点前 4m11240正断层1.5对回采无影响 F1387正巷 3 点前 22m27748正断层2对回采无影响 18 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 2 2- 216 工作面回采水源分析 2- 216 工作面位于 310 水平二采区正前轨道巷 左侧，所在煤层为 2 煤层，水文地质类型划分为中 等。工作面底板标高 208- 288m， 低于奥灰、 太灰静 水位标高（奥灰 O2 水的水位平均标高为 505m， 太 灰水的水位平均标高为 497m ） ， 为带压工作面[1]； 工 作面顶板的主要充水水源为 2 煤层上覆的各砂岩裂 隙水； 工作面东侧的 X- 46 陷落柱不导水， 且距离回 采范围最小间距为 26m， 对回采影响较小； 工作面回 采范围内及周边无地质钻孔，对工作面回采无影响。 综上所述影响 2- 216 工作面的主要水源为 1 ） 2 煤层上覆的各砂岩裂隙水。根据矿井地质 报告资料显示， 影响 2- 216 工作面的主要充水水源为 2 煤层上覆的二叠系各砂岩裂隙水， 在 2 煤层以上 依次有 K8、 K9、 K10 砂岩含水层， K8 为灰白色中细粒 砂岩，平均厚度 7.20m； K9 为灰白色中粗粒砂岩， 平 均厚度 8.45m； K10 为灰绿色粗砂岩平均为 7.00m。 这 些含水层绝大部分被覆盖，只在西部沟谷中有出露， 因受补给条件及含水层裂隙发育程度的限制， 富水性 较弱， 当有断层及陷落柱沟通时， 才能对矿井充水有 影响。实际掘进过程中工作面直接顶板为泥岩， 老顶 为 K8 砂岩， 掘进期间顶部仅有少量淋头水， 在工作 面掘进过程中已有过疏放， 且工作面回采范围内无地 质钻孔， 回采范围内断层均不导水， 预计砂岩裂隙水 对回采影响较小。 2 ） 底板太灰和奥灰含水层。 2- 216 工作面底板标 高 208～288m， 根据矿井地质报告资料显示井田范 围内太灰水的水位平均标高为 497m， 工作面为带压 开采， 带压 2.09～2.89MPa， 2 煤层底板距下覆太灰顶 面平均间距为 80m，突水系数为 0.046～0.056MPa/m， 小于 0.06 MPa/m， 在无褶曲、 断层等构造破坏的正常 底板条件下， 2- 216 工作面开采不受底板太灰含水层 的威胁， 属带压开采工作面； 根据矿井地质报告资料 显示井田范围内奥灰 O2 水的水位平均标高为 505m，工作面为带压开采，带压 2.17～2.97MPa， 2 煤层底板距下覆奥灰顶面平均间距为 110m，突水系 数为 0.030～0.047MPa/m， 小于 0.06 MPa/m， 位于带压 开采安全区域。 综上可知， 在无褶曲、 断层等构造破坏的正常底 板条件下， 2- 216 工作面回采不受底板含水层的威 胁，但是根据 2- 216 工作面掘进期间断层的揭露情 况， 该工作面断层、 褶曲等地质构造较为发育， 且现场 观测结果表明 F18 和 F1388 断层导水性较强。正常 地质条件下， 工作面开采会引起底板一定深度的塑性 破坏和裂隙发育， 底板含水层在承压水的作用下会产 生一定高度的自然导升带[2～3]， 当工作面底板裂隙带和 导升带联通时， 灰岩含水层内的水涌入工作面发生突 水事故，由于 2- 216 工作面底板隔水层厚度为 80m， 正常情况下能够有效的阻止太灰水涌入工作面； 但 是， 2- 216 工作面断层较为发育，并且个别断层导水 性导水性良好， 断层的影响下会引起隔水层内的导升 带进一步扩展，此时工作面将存在更大的突水危险 性， 工作面突水原理如图 1 所示。 综上可知， 2- 216 工 作面回采产生的底板导水裂隙带可能导通太灰水， 所 以工作面存在较大的突水危险性。 图 1上下扩展联通突水示意图 3地质构造发育型底板突水防治技术 3.12- 216 工作面瞬变电磁初探 辛置煤矿 2- 216 工作面回采主要面临底板承压 水的威胁， 为详细了解底板压力水的赋存情况， 2- 216 工作面回采巷道施工完成后，在 2- 216 轨道顺槽和 2- 216 运输顺槽分别对底板进行瞬变电磁勘探[4]， 得 到 2- 216 工作面底板富水异常区的平面位置如图 2 （a ） 、（b ） 所示。根据瞬变电磁勘探结果可以看出， 2- 216 工作面内存在富水性较强的低阻异常区 （A 级 ） 共 6 个， 富水性较弱的低阻异常区 （B 级 ） 4 个， 剩 余的区域底板完整性较好， 未探测到底板承压水的赋 存。整体来说， 2- 216 工作面开采受到较大的底板承 压水的威胁。 （a） 2- 216 工作面轨道顺槽瞬变电磁勘探结果 （b） 2- 216 工作面运输顺槽瞬变电磁勘探结果 图 2辛置煤矿 2- 216 工作面底板富水异常区分布情况 19 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 3.22- 216 工作面底板注浆改造技术 根据 2- 216 工作面瞬变电磁勘探结果可知， 工 作面底板共有 6 个 A 级和 4 个 B 级富水区域，为封 堵工作面底板导水裂隙，针对这些异常区对工作面 的底板进行注浆改造，注浆钻孔的布置详情如图 3 所示， 2- 216 轨道顺槽和运输顺槽分别布置 7 个钻 场， 共布置 167 个底板注浆钻孔， 每个钻场钻孔为 8～13 个， 钻孔的数量和注浆量根据钻孔出水量及瞬 变电磁勘探结果进行调整，钻孔平均深度为 85m， 累计进尺14195m， 注浆管采用直径为 60mm， 管壁厚 度为 8mm 的高压流体管， 注浆材料为水泥和黏土混 合浆液， 采用的配合比为水泥 黏土 1 3， 注浆终压 为 7.8MPa， A 级富水异常区平均注浆量为 95t， B 级 富水异常区单孔平均注浆量为 60t，累计注浆量 9586t。 （a ） 工作面左部异常区底板注浆孔布置 （b） 工作面中部异常区底板注浆孔布置 （c ） 工作面右部异常区底板注浆孔布置 图 32- 216 工作面富水异常区注浆钻孔布置平面图 3.32- 216 工作面局部底板注浆改造效果分析 辛置煤矿 2- 216 工作面底板注浆工程实施期间， 单孔最大涌水量为 80m3/h，共有 12 个钻孔未出水， 注浆钻孔总出水量为 3969m3，累计注浆量为 9586t， 单个钻孔平均注浆量和平均出水量之比为 2.42， 单个 钻孔的注浆量和出水量呈正相关，底板注浆效果良 好。为详细的了解 2- 216 工作面注浆改造的情况， 底 板注浆工程完成后进行的瞬变电磁复探， 结果如图 4 所示。根据复探结果可知， 原有的大面积富水异常已 经消失或者减小，灰岩突水危险区域明显的减小。 2- 216 工作面实际生产过程中， 工作面正常涌水量为 35m3/h， 最大涌水量为 120m3/h。 （a ） 轨道顺槽瞬变电磁复探结果 （b） 运输顺槽瞬变电磁勘探结果 图 42- 216 工作面底板注浆改造后复探结果 4结论和建议 通过对辛置煤矿 2- 216 工作面水文地质条件和 底板物探结果的研究分析表明， 在无断层、 褶曲等地 质构造影响的情况下， 2- 216 工作面没有底板突水的 危险， 该工作面断层较为发育， 并且具有一定的导水 性， 采动影响下很可能会发生采煤工作面或采空区突 水事故， 根据瞬变电磁勘探结果设计对底板进行局部 注浆改造， 注浆后进行瞬变电磁复探及后期工作面回 采期间的涌水量表明，取得了良好的底板改造效果， 消除了工作面的突水可能。 参考文献 [1] 张俊义.底板注浆加固防治水技术的应用[J].水力采煤与 管道运输,2018 （04） 86- 87. [2] 黄卫星. 陈四楼煤矿高承压水上采动底板突水机理研究 [D].中国矿业大学,2017. [3] 田成东,白海波.龙固煤矿延伸巷掘进防治水及底板注浆 加固方案[J].煤矿安全,2015,46 （06） 136- 138. [4] 张凯. 永城矿区裂隙型底板灰岩突水防治技术研究[D].中 国矿业大学 （北京） ,2015. 作者简介 郑宏旭 （1974-）， 男， 山西洪洞人， 2010 年毕业于太原 理工大学采矿专业， 工程师， 现从事煤矿地质技术工作。 （收稿日期 2019- 7- 26） 20 ChaoXing