赵固二矿岩巷多维立体精确超前治理研究与应用

魏东

焦作煤业（集团）新乡能源有限公司赵固二矿 河南 辉县 453600

摘要：煤炭作为国家最重要的一次能源,对我国国民经济发展有着极为重要的意义。然而在开采煤矿时，经常会遇到各种各样的问题，其中煤层地板突水是最为常见的一种问题，也是影响很严重的一类灾害。焦作煤业（集团）有限责任公司赵固二矿严格按照《煤矿防治水细则》“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则，高度关注底板水害治理问题。文章具体地分析了底板水害超前治理的内容。

关键词：超期注浆加固 煤层底板水害治理 “两探” 注浆工艺技术

前言：焦作煤业（集团）有限责任公司赵固二矿具有顶底板含水层水压高、采高大、薄基岩、薄底板隔水层的“双高双薄”的地质采矿特征，受顶、底板水害威胁严重的特点。

一 赵固二矿地质特征

1.14040工作面底抽巷是14040工作面下顺槽下部掩护巷道，位于矿井四盘区中部，设计巷道顶板标高-688～-775m，长2445.9m。南邻F₁₈断层保护煤柱，西南侧为未开采的14050工作面，西北接西轨道大巷。

2.14040工作面底抽巷南侧为F₁₈断层，该断层造成14040工作面底抽巷太原组灰岩与上盘新生界地层对接，可视为横向隔水边界；东侧为14030工作面，该已进行底板灰岩注浆加固，可视为隔水边界；北侧距F_17-1断层较近，为北部补给边界

3._{二1煤层顶板砂岩含水层，富水性弱，对采掘活动中影响较小，实际掘进中主要以顶板淋水的形式进入矿井。}据钻孔实际揭露，二₁煤层底板含水层自下而上叙述如下：

O₂灰岩含水层，厚度大于400m，顶距巷道底板约101.4m，水位标高+34.2m，正常情况不影响煤层开采。

L₂灰岩含水层，厚度8.2～18.1m，岩溶裂隙发育，上距巷道底板80.2～98.9m，水位标高-178.2m。

L₈灰岩含水层，厚度2.1～13.5m，岩溶裂隙较发育，上距巷道底板12.5～15.8m。水位标高-384.9m。

4.L₈灰岩含水层隔水层厚度为12.5～15.8m，安全隔水层厚度为13m。

5.14040工作面底抽巷巷道底板至L₈灰岩含水层间的隔水层平均厚度约14.16m，水压3.2～4.0MPa，突水系数0.22～0.29MPa/m，突水系数超过0.1MPa/m，巷道掘进时L₈灰岩含水层存在突水危险。

二 超前注浆加固方案

1.加固深度及超前距的确定

根据《煤矿防治水细则》（附6-3）公式计算：

式中：

L——超前距及帮距,m；

K——安全系数取3.5；

M——巷道高度取3.8m；

P——实际水头值,4.0MPa（L₈）；

Kp——煤的抗拉强度取0.34MPa;

根据《河南能源化工集团进一步规范矿井地质超前探工作实施办法》第十三条规定:终孔深度L垂深=5P水压+20m确定。

通过计算可以得出本次加固帮距及超前距为39.9m，取40m，加固深度取巷道底板下垂深40m。

2.超前探注钻孔终孔、复孔后均要求注浆，设计注浆压力为15MPa，注浆压力达到设计终压，浆液流量不大于35L/min，并持续30min以上，可结束注浆。

3.超前探注钻孔为Φ153mm钻头开孔，下设一级套管，一级套管孔径为Φ127mm，套管下至L₈灰岩顶板上垂距3m（长度不能超过25m）；固管合格后，用Φ113mm钻头钻进，下设二级套管，二级套管孔径为Φ108mm，套管下至L₈灰岩顶板下垂距3m（长度不能超过60m）；固管合格后，使用直径为不大于Φ94mm钻头施工至终孔。

4.一、二级套管要进行注浆固管和做耐压试验，一级管固管使用双液浆，凝固8h，试压不低于10MPa；二级套管固管使用单液水泥浆，凝固24h，试压不低于15MPa，各级套管试压，稳压时间均不低于30min。孔口周围不漏水、套管不活动为合格。若固管不合格必须使用单液浆重新进行注浆固管，凝固24h后做耐压试验，合格后方可继续施工。两个级别的套管法兰盘要固定在一起使用，防止高压注浆时将套管拉断。

5.以粘土水泥混合浆为主，同时根据钻孔实际揭露水文地质情况可适当增加少量辅料，提高注浆效果。

粘土：是粘土水泥浆的主剂，通常占干料的80%左右，粘土的塑性指数为7～15。

水泥：对凝胶体起结构成形作用，通常地面采用P·O 42.5和井下采用P·C·S32.5水泥，占浆液干料的10～30%，一般20%左右。

辅料：是裂隙充填物质，阻止粘土水泥从注浆孔附近的突水点泄露，一般用锯沫、海带丝或大豆等，使用量根据浆液泄露情况而定，一般泄露量大于注入量的20%时可以用辅料。

6.超前探注钻孔终孔注浆结束后至少透孔一次，以便检验注浆效果，钻孔透孔后水量不大于0.5m³/h，方可进行封孔。钻孔满足封孔条件后，应在24小时内完成封孔。

若透孔后钻孔水量≤0.1m³/h时，可采用下钻杆返浆封孔工艺，将钻杆下到距孔底不超过1m处，向钻杆内压入水灰质量比为1:1.48的纯水泥浆，孔口返浆后，上提钻杆30～40m，继续向钻杆内压入同比例纯水泥浆；如此反复，直至将钻杆全部取出，浆液充满钻孔，盖上注浆闷盖，继续向孔内压浆至设计压力，并保持10min以上，方可停止压浆。

若透孔后钻孔水量＞0.1m³/h且≤0.5m³/h时，可采用下设Φ50mm抽采管返浆封孔工艺，管下到距孔底不超过1m处（如遇塌孔等异常情况时视现场情况而定），向钻孔内压入水灰质量比为1:1.48的纯水泥浆，抽采管口返浓浆后，关闭抽采管口，再继续向孔内压浆至设计封孔压力，并保持10min以上，方可停止压浆。

封孔结束24小时后，拆下孔口闷盖，对封孔质量进行检查。孔口充满水泥、无滴漏现象，视为封孔合格；否则须重新透孔、封孔。

7.该工程在西轨道底抽巷3号千米钻场施工，共施工4个钻孔。累计进尺669m，钻孔总涌水量6.8m³/h，总注浆量52.91t，所有钻孔均达到设计要求，封孔合格。

三 效果评价

1.地层情况：本次施工主要揭露地层为L₈灰岩含水层，预计该含水层厚度约6.3m；L₈灰岩顶板至二₁煤层底板24.26m。根据本次实际探测，该含水层厚度为5.2～7.7m，平均6.76m；L₈灰岩顶板至二₁煤层底板25.36～26.91m，平均25.42m。

2.构造情况：根据本次地层探测情况分析，实探L₈灰岩厚度与预计厚度相差0.46m，说明该区域L₈灰岩较为稳定无厚度异常变化；实探L₈灰岩顶板至二₁煤层底板厚度与预计厚度相差1.16m，该区域层位变化较小，且在钻进中未发现明显的地质构造和破碎带，综合分析该区域层位稳定，无地质构造。

3.物探情况：根据前期在14040工作面下顺槽7m处实施的瞬变电磁超前探测报告，该巷道100m范围内不存在低阻异常区，岩层赋水性整体较弱。

4.水文地质情况：根据本工程施工的4个探注钻孔出水情况分析，总出水量最大为4#钻孔，该钻孔出水6m³/h，总出水量最小为0.1m³/h，分析认为在14040工作面下顺槽已进行超前探注，将底板L₈灰岩含水层改造为隔水层或弱含水层。

5.测斜情况：根据设计要求3#和4#钻孔终孔后进行测斜，经测斜分析，3#钻孔上下偏斜0.8m，4#钻孔上下偏斜-3.73m，钻孔施工至目的层位符合要求。

6.瓦斯地质情况：根据施工期间，瓦斯检测仪检测情况，钻探施工过程中无瓦斯异常情况。

四 结论

采取多维立体超前加固后，使用原有钻场，减少做钻场时间和费用，超前治理保证巷道安全掘进。通过物探、钻探等措施，对巷道底板含水层进行注浆加固，保证14040工作面底抽巷回风眼和14040工作面下顺槽底抽巷按期掘进，目前已安全掘进180m。

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