孤岛工作面开采底板水害防治技术应用研究

精品文档-下载后可编辑孤岛工作面开采底板水害防治技术应用研究1.矿区基本情况

米村煤矿26采区东邻为已回采的28采区西翼各工作面及里28煤柱工作面，南距前高村断层较近，西为已回采26采区的西翼工作面，北为正在回采的26扩大区煤柱工作面。26采区整体为单斜构造，局部煤底板起伏较大，褶曲、断裂构造发育，且存在大面积薄煤区。西翼26011、26021工作面回采中各有20～50m3/h底板涌水现象；东部28041、28051、28071工作面回采中底板最大涌水达到180m3/h。

该区上限标高-106.6m，下限标高-148.0m，地面标高+255.3m～+268.6m，走向长1231～1265m，倾向长141m～201m，面积213489m2。

采区地面无村庄及水体。该区内西北高，东南低，沟谷发育，黄土覆盖层较厚，无地层出露。

2.底板承压水治理

2.1底板突水性分析

26煤柱工作面煤底板距L1-4灰岩顶68.73m，距O2灰岩顶93.07m，由于L1-4灰岩距O2灰岩较近，存在一定的水力联系，可以看成为同一个水体；由于采矿扰动引起的底板破裂深度，即矿压破坏带厚度Cp；另一方面下伏含水层高水压在底板隔水层下部劈裂导升一定高度，即原始导升带高度Dg；如果下伏含水层高水压在底板隔水层下部劈裂导升一定高度后，其在导升段能量消耗很大，这是作用于有效隔水层段下部的实际压力不能再取O2灰岩观测压力至L1-4灰岩顶的原始压力值P0，真正作用于有效隔水层段下部的实际压力是导升水的残余压力Pc。考虑多种因素的底板隔水层突水系数计算公式为：

式中Ts―突水系数，Mpa/m；

Pc―作用于有效隔水层的残余压力，（118.1+148.0+68.73-5）t/m2，即3.30Mpa；

Cp―矿压破坏带厚度，经验值13～18m，郑煤一般取20m；

Dg―原始导升带高度，经验值5m。

计算得，突水系数为0.069Mpa/m，《煤矿防治水规定》中规定：富水或底板受构造破坏块段Ts大于0.06Mpa/m；正常块段大于0.1Mpa/m为严重受水威胁。预计回采过程中有L1-4（O2）灰岩水突出的可能；由于采矿扰动引起的底板破裂深度已超过隔水层厚度9.25m，考虑26采区其它工作面回采过程中遇断裂构造诱发L1-4灰岩水突出，28041、28071、28081等工作面老顶初次来压时出现底板灰岩水突出。

根据突水系数公式计算结果集地质构造分析，预计26煤柱工作面回采过程可能会发生底板涌水现象。

2.2底板突水通道分析

如果26煤柱工作面回采过程中出现较大底板涌水可能有以下几条原因：⑴工作面煤底板隔水层局部较薄，裂隙发育；⑵由于距前高村断层较近，预计会有隐伏断裂构造，垂直裂隙发育，造成L7-8灰岩水于下伏L1-4灰岩水水力联系密切，补给量大。

受多种因素作用的采动裂隙于构造裂隙相叠加，在高承压的O2灰岩水作用下，可能是26煤柱工作面底板突水原因。

2.3底板承压水防治技术方案

截流注浆技术作为矿井防治水技术方法之一是有特定的应用技术条件，并不是在所有的矿井水文地质条件下都可实施注浆防治水方法。通常在选择是否可用注浆技术防治矿井水害时应重点分析研究的条件有：①矿井充水含水层的动态补给量大且稳定；②矿井水补给通道位置明确相对集中，只要阻断局部导水通道就可使整个矿井的补给水量大幅减小；③矿井主要充水含水层为采掘工程的直接顶板、底板或自身含水层，且含水层存在有较大的稳定补给水量，在矿井采掘过程中难以实现自然疏干或动态疏水量太大。

2.4底板承压水害防治技术及注浆层位选择

26煤柱工作面L7-8灰岩含水层属于矿井直接充水含水层，局部富水性较强，但已大部疏放；二1煤底板距L1-4灰岩含水层顶68.73m，其富水性较强，若与O2灰岩含水层存在一定的水力联系，则不易疏干，可通过截流注浆封堵L1-4灰岩含水层与上部L5灰岩含水层及L7-8灰岩含水层的水力联系通道，通过注浆加固改造含水层为隔水层。

26煤柱工作面二1煤底板距L5灰岩含水层顶48.38m，L5灰岩平均厚度3.6m，若工作面发生较大涌水，那么L5灰岩含水层可能是L1-4灰岩含水层补给L7-8灰岩含水层的通道之一，正常情况下L5灰岩含水层与L1-4灰岩含水层间的隔水层平均厚度为20.35m，若将L5灰岩含水层进行注浆改造为隔水层，那么L5灰岩含水层将承接下部隔水层与上部隔水层，切断L1-4灰岩含水层与L7-8灰岩含水层之间的联系通道，确保有效隔水层厚度。

综合以上分析，26煤柱工作面底板承压水害防治技术选择截流注浆的水害防治技术，对L1-4灰岩含水层上部的L5灰岩含水层进行注浆改造。

2.5底板水害治理实施

直流电法物探：26煤柱工作面贯通后对其进行了直流电法物探，物探成果及解释显示，下付巷为下3点向东16m～下3点向西195m段，距下3点365～485米、430～460米、523～542米、560～650米、690～715米、770～785米、890～945米段，视电阻率为20～50，且大多在25m以深为低阻异常区。

底板注浆加固的钻探设计：选择在低阻异常区、断层附近在下付巷共布置钻场5个，每个钻场4个孔，孔深以达到L5灰岩含水层底部的砂质泥岩段为标准。平面上终孔间距

底板注浆加固的施工工艺和技术要求：26煤柱工作面底板注浆加固矿外施工队选用的钻探设备为重庆煤科所生产的ZYG―300D型全液压钻机；本矿施工队选用的钻探设备为重庆煤科所生产的ZYG―200D型全液压钻机。该型钻机钻进能力及稳定性、可靠性较好，能适应井下狭小的空间和复杂的工作环境；注浆采用ZBY―50/70型注浆泵，该泵最大注浆量可以达到70m3/h，可满足注浆需要。注浆工艺采用全口混合式，即依次揭露多个含水层直至终孔在设计位置后封堵孔口进行全孔注浆。

底板注浆改造施工中关键环节是套管下入的质量和注浆量的把握，26煤柱工作面底板改造过程中采用二级套管，一级套管下至L8灰岩顶，注浆时以套管外壁翻浆为之，二级套管下至L7灰岩底，下入的套管要与钻孔周围结合紧密和牢靠，否则会出现注浆过程中高压浆液从套管周围细小的缝隙中或钻场周围裂隙中跑出，造成“跑浆”现象，这种情况往往造成钻孔报废或注浆材料的浪费检验套管质量是利用清水做耐压试验，即注入清水后压力必须达到4.0Mpa以上并稳定30min套管周围不出现渗水为合格标准。

注浆泵向钻孔注浆时压力可以达到20Mpa，但浆液混合器上的压力读书为0，说明浆液正在进入含水层的岩溶裂隙中，随着注浆量的加大，直至注浆混合器的压力读数逐渐回升到4.0Mpa以上并稳定20min，才能达到设计要求。

钻孔施工情况：已施工的下付巷下5点向东13.5m处第一钻场、下11点向东11.0m处第二钻场、下14点向东31.0m处第三钻场。共设计钻孔6个，实施钻孔6个，孔深64.0m～75.2m，终孔最大水量5m3/h，总进尺405.6m，注浆用水泥48.2t。

3应用效果评价

26煤柱工作面底板水害预测预报及直流电法探测结果较准确，突水层位分析到位，确定的防、堵相结合的防治水方案合理，从2022年5月份开始回采至今，工作面回采范围内仅出现少量底渗水现象，没有大面积涌水，26煤柱工作面底板水害防治取得阶段胜利。

4结论

1.提出了底板注浆改造过程中，改变以往对L7-8及L6灰岩作为注浆改造目标层的做法，在不接触L1-4灰岩含水层而直接把L1-4灰岩含水层上部的L5灰岩作为注浆改造目标层