帶壓開采條件下立體加固底板防治水研究

1、<p>　　帶壓開采條件下立體加固底板防治水研究</p><p>　　[摘 要] 5101工作面為帶壓開采，且有多個陷落柱穿過工作面，且底板強度低、抗水性較差。針對此地質條件下的帶壓開采，對工作面的底板突水危險性分析評價引發(fā)突水的主要因素，并采用立體加固底板技術綜合治理底板突水。經(jīng)分析，帶壓開采條件下斷層破碎帶將各層含水層聯(lián)系，作為涌水通道溝通了各含水層與工作面。通過采用隔水層注漿加固配合石灰?guī)r含水層頂

2、部巖層注漿改造的防治水方案，成功防止了底板突水，實現(xiàn)安全帶壓開采。 </p><p>　　[關鍵詞]底板；突水；帶壓開采；斷層 </p><p>　　中圖分類號：TD745 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）06-0032-01 </p><p>　　作為我國煤礦的主要災害，底板突水隨開采深度不斷增加而變得越來越難以治理[1-2]。礦井涌水來源

3、主要有含水層水、采空區(qū)積水、構造水、地表水以及大氣降水等。其中，含水層水、采空區(qū)積水及構造水是威脅礦井安全的主要水害[3-4]。由于砂巖含水層水水壓較小、儲水量一般不大，采用規(guī)范合理的探放水治理手段能夠有效防止突水。但對于石灰?guī)r含水層水，由于石灰?guī)r孔隙發(fā)育、富水性強、水壓較高，應采用針對性強、綜合治理的措施以避免災害發(fā)生，如果治水措施不合理容易引起突水事故。在對采空區(qū)積水進行防治時，應全面掌握地質資料、采空區(qū)特征及存水狀況，通常采用疏放

4、或布置保護煤柱等治理措施。本文對帶壓開采下的底板突水進行立體加固底板治理，具有一定的工程借鑒意義[5-6]。 </p><p><b>　　1 工程背景 </b></p><p>　　運俗煤業(yè)5101工作面為帶壓開采，主采5#煤層，煤厚約為10m，煤層埋深約為340-370m。整個井田范圍內5#煤層幾乎都位于奧陶系石灰?guī)r含水層的高水壓之上，工作面安全受到底板突水的巨大

5、威脅。5101工作面為5#煤層的首采工作面，根據(jù)地質資料，5101工作面范圍內存在多條構造帶，這些構造可能成為溝通含水層與煤層的涌水通道。 </p><p>　　2 工作面突水危險性評價 </p><p>　　5101工作面為5#煤層的首采工作面，且?guī)洪_采、構造發(fā)育，因此必須對其突水危險性進行評價。根據(jù)本礦井及相鄰礦井資料可知： </p><p>　?。?）砂巖裂

6、隙含水層與石灰?guī)r巖溶水層是太原組的主要含水層，本礦井的主要含水層為砂巖含水層與L1、L2石灰?guī)r含水層。根據(jù)以往地質勘探鉆孔巖芯分析，L1石灰?guī)r含水層賦存較為穩(wěn)定，厚度范圍為1-6m，平均約2.46m；L1石灰?guī)r含水層裂隙十分發(fā)育，且隨著深度增加，裂隙與溶孔的發(fā)育程度增加，具備富水條件，因此L1石灰?guī)r含水層為5#煤層的主要含水層。 </p><p>　?。?）如圖1所示，5#煤層底板與L1石灰?guī)r含水層間巖層有泥巖與

7、砂巖等，泥巖厚度約占80%。泥巖抗壓、抗拉、抗剪強度均較低，且泥巖遇水崩解強度進一步大大降低，因此煤層底板抗水性較低。根據(jù)現(xiàn)場底板施工鉆孔，底板內的砂巖較為破碎，受到采動影響更加不能抵抗高水壓?？傊?，煤層底板隔水層強度低、遇水易崩解，不能抵抗底板承壓水侵入。 </p><p>　　3 帶壓開采防治水方案 </p><p>　　3.1 立體加固底板防治水方案 </p><

8、p>　　疏降結合底板加固一般是帶壓開采常用的防治水措施。但5101工作面的突水系數(shù)小于突水臨界值，因此疏降措施不列入方案。采用注漿加固底板隔水層，對石灰?guī)r含水層上部巖層進行改造，最大限度隔絕石灰?guī)r巖溶水與煤層底板，保證帶壓開采正常進行。 </p><p>　　該礦的相鄰礦井大遠煤業(yè)的突水系數(shù)小于華北煤田臨近突水系數(shù)0.06MPa/m，突水危險性并不大，但是曾發(fā)生兩次較大的底板石灰?guī)r巖溶水突水事故，經(jīng)事故調查

9、，發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生的原因主要是因石灰?guī)r含水層裂隙導高發(fā)育。由于導水裂隙發(fā)育隨機性強、原始裂隙導高難以確定具體位置，注漿加固底板的效果有限。煤層底板各巖層層間可注性與滲透性較好，注漿擴散半徑較大，可利用這一特點，布置傾斜注漿鉆孔，盡可能填充層間，并使得漿液擴散更遠，增強注漿效果，傾斜注漿鉆孔如圖2所示。 </p><p><b>　　3.2 鉆孔布置 </b></p><p&g

10、t;　　首先采用均勻布孔，然后根據(jù)鉆探、化探、物探反饋結果，及時調整布孔方案。與此同時，在富水異常地帶及鉆探盲區(qū)，適當增大布孔密度，鉆孔平面布置如圖3所示。 </p><p><b>　　3.3 鉆孔參數(shù) </b></p><p>　　均勻布孔下共布置36個注漿鉆孔，孔行距約60m，孔間距約33m。根據(jù)物探等探測反饋信息，增加5個注漿孔。注漿之后，基于鉆探結果與二次物

11、探反饋，在注漿孔揭露的富水地帶增加10個檢查孔，在檢驗注漿效果的同時也承擔注漿任務。共布置51個注漿孔，由于鉆孔傾斜，孔深最大為200m。 </p><p>　　注漿鉆孔設置二級套管，一級套管為孔口護壁管，直徑146mm，長度不小于2.5m；二級套管為止水套管，直徑108mm，長度應根據(jù)含水層水壓、底板巖性及注漿孔傾角等參數(shù)共同確定。套管設置應滿足《煤礦防治水規(guī)定》要求。 </p><p>

12、;<b>　　4 工程實踐 </b></p><p>　　4.1 隔水層注漿加固 </p><p>　　在采動應力影響下，煤層底板擾動、破壞，底板注漿加固深度范圍應首選在未遭到破壞的隔水層帶。底板加固工程共注入粉煤灰約3500噸，漿料約2000噸，鉆孔長度合計約2900m。經(jīng)對煤層底板隔水層注漿加固，將石灰?guī)r含水層與煤層隔離開來，大范圍阻斷底板導水通道；與此同時對底板

13、裂隙封堵，為石灰?guī)r含水層頂部改造工程創(chuàng)造有利條件。 </p><p>　　4.2 石灰?guī)r含水層頂部改造 </p><p>　　由于煤層底板整體抗水性較差，為確保完全防止突水，進行石灰?guī)r含水層頂部注漿改造，利用石灰?guī)r強度較大，將其改造為抵抗下部石灰?guī)r巖溶水的隔水層。經(jīng)方案論證，L1石灰?guī)r頂部改造厚度為25m，鉆孔長度等參數(shù)根據(jù)具體的地層產(chǎn)狀確定。共共注入粉煤灰約2500噸，漿料約1700噸，

14、鉆孔長度合計約1250m。 </p><p><b>　　5 結語 </b></p><p>　?。?）5101工作面底板巖性強度低、陷落柱溝通煤層與含水層以及傾斜厚煤層帶壓開采條件下的礦山壓力使得底板突水的危險性增大，采用立體注漿加固底板的綜合治理方案。 </p><p>　　（2）煤層底板各巖層層間可注性與滲透性較好，注漿擴散半徑較大，因此