《底板注浆改造技术在大众煤矿新副井水仓承压水治理中的应用》
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[摘 要]新副井水仓位于矿井二水平（-553m）,对应地面标高为+171.5～+176.7m,工作面标高为-554.3m～-553.9m.内环水仓设计长度221m,已掘进到位；中环水仓设计长度240m,已掘进142m；外环水仓设计长度356m,未掘进.本文对工程效果安全评价后决定对新副井水倉中环、外环断层及物探异常区进行探查、注浆,对未能控制区域进行探查、注浆、补孔,起到加固底板及增加底板隔水层强度的目的,保证工作面安全掘进进行分析探讨.
[关键词]新副井水仓；水文地质条件；突水危险性
中图分类号：J51-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0160-02
新副井水仓掘进施工层位位于L8灰岩底板,结合三维地震勘探成果、地质超前探资料及水仓内环掘进实际揭露情况分析,地质条件较为复杂,区域地层整体上为一向东倾向的单斜构造,倾角14～19°,平均17°,小断层较发育,均为正断层,不导水.巷道底板距O2灰岩顶板间距58m～78m,承受O2灰岩含水层水压7.48～7.68MPa,按照突水系数法分析,突水系数大于0.06MPa/m,因此在断层、陷落柱等构造区及底板物探异常区存在突水危险.新副井水仓中环、外环底板物探异常区探查注浆加固设计,主要是为了验证水仓中环、外环前期未能控制区域的底板裂隙导水性及构造异常区域富水性情况,注浆加固底板及增加底板隔水层强度的目的,保证工作面安全掘进.
一、工作面水文地质情况及突水危险性分析
新副井水仓掘进施工层位位于L8灰岩底板,掘进期间受到断层的影响,顶板裂隙发育地段,施工锚杆及锚索期间出现滴、淋水现象,未出现较大涌水,现涌水量约4m3/h.
1.工作面顶、底板岩性特征
根据超前探成果及巷道揭露情况分析,现工作面掘进层位位于L8灰岩底板,顶、底板围岩以泥岩为主,薄层状,节理发育、破碎.
2.工作面充水水源
（1）太原组上段L8灰岩岩溶裂隙水含水层
太原组上段L8灰岩含水层顶界面距二1煤底板27.76m-46.63m,平均34m,L8灰岩厚1.15～4.69m,平均2.97m.根据区内801孔、1101孔对该层进行了抽水试验,单位涌水量为0.004～0.008L/s.m,渗透系数为0.073～0.096m/d,水位标高32.56～75.81m.该含水层富水性弱,且不均一,沉积厚度小,泥质成分含量高,岩溶裂隙不发育,补给条件不良,新副井水仓内环及车场绕道掘进期间均揭露过L8灰岩,未发现涌水超过4m3/h的现象,因此L8灰岩对工作面掘进构成水害威胁较小.
（2）太原组下段L2灰岩岩溶裂隙含水层
太原组下段L2灰岩含水层顶界面距巷道底板40～60m,L2灰岩厚2.24～11.05m,平均5.61m.据邻区抽水成果：单位涌水量为0.043～1.50L/s·m,渗透系数为0.95～30.27m/d,水位标高78.2～112.3m.取水位标高+100m,工作面掘进巷道底板所承受的水压6.97～7.17MPa.按照突水系数法分析,突水系数大于0.06MPa/m,因此在构造异常区及物探底板异常区存在突水安全风险.
（3）奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层
O2灰岩含水层沉积厚度大,出露和补给条件好,富水性强而不均,具有比较一致的地下水位.水位标高+132～+139.95m,水化学类型为HCO3—Ca·Mg型,矿化度为0.297～0.573g/l,PH值为7.4～7.7.结合近几年观测数据水位标高取+136m,含水层顶界面距巷道底板间距58m～78m,承受O2灰岩含水层水压7.48～7.68MPa.按照突水系数法分析,突水系数大于0.06MPa/m,因此在构造异常区及物探底板异常区存在突水安全风险.
3.工作面构造及底板异常区发育情况
根据超前探资料、巷道掘进揭露及物探成果分析出工作面范围内断层1条、底板物探异常区5个.
⑴F10-10断层.水仓中环掘进至测点ZS3点前76.3m处揭露,断层走向217°、倾向307°,倾角78°,中环水仓揭露处落差4.8m.根据揭露情况分析,该断层尖灭于水仓外环,尖灭处为构造应力集中区,对巷道底板进行探查注浆.
⑵结合瞬变电磁物探成果,探测区域内视电阻率存在5处相对低阻异常区：分别为瞬变电磁异常区YC1、YC2、YC3、Y和YC5,各低阻区情况如下：
4.水文地质条件分析总结
水仓掘进期间直接充水水源为太原组上段L8灰岩水,具有富水性弱且不均匀的特点.太原组上段灰岩裂隙-岩溶承压含水层、奥陶系灰岩含水层水为该工作面间接充水水源.奥陶系灰岩含水层（O2）富水性较强,若一旦沿导通的裂隙涌入工作面,对掘进产生影响.根据实际揭露情况及瞬变电磁物探成果综合分析,工作面内构造较发育,巷道底板围岩破碎,但整体富水性弱,总体评价水文地质条件为“中等”.
二、注浆改造原理及补孔套管断裂采取措施
注浆加固范围为水仓中环、外环巷道周围20m范围内及物探异常区YC1、YC2、YC3、YC5、F10-10断层构造异常区地段巷道底板80m范围内,设计钻孔覆盖需加固的区域.初次设计布置作业地点4个,共设计钻孔数量8个,每个钻场2个钻孔.施工完成后又对未能控制区域等进行了补孔,补孔设计作业地点2个,初次补孔设计钻孔6个,因补1-2孔发生套管断裂事故,又增加4个钻孔.最终共设计施工钻孔数量18个,钻探总工程量1666.5m.
新副井水仓中环、外环底板注浆补孔工程自2018年1月21日开始施工,4月11日施工结束.钻机型号：ZDY-4000S型钻机,注浆泵型号为：2ZBYSB9.0～2.4/1～18-18.5.两个钻场同时施工.先施工了补3-1孔与补2-1孔,在两孔固结孔口套管期间又相继施工了其他钻孔.补1-2孔施工至79m处出水,出水量30.7m?/h,继续钻进至设计孔深起钻后,在关闭闸阀等到注浆期间,由于巷道围岩破碎,受压易出现底板底鼓、变形,破坏了巷道底板强度,巷道底板受巷道的围岩压力底鼓,出现了套管断裂事故.所有钻孔均使用水泥浆进行封堵,注浆量最大的为补3-6孔（后规范编号写成补2-1）,47.25t,最小的为补2-2孔,6.3t,此次施工总注浆量为129.75t.
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