上湾煤矿51208面防止突水溃沙技术方案探讨

文/韩克勇

上湾煤矿是神华神东煤炭分公司下属的年产千万吨煤矿之一，位于内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木伦镇境内。1987年8月开工建设，2003年11月1日投产，原设计生产能力为800万吨/年，2007年实际生产能力达1250万吨/年。上湾煤矿创建了世界第一个千万吨综采工作面和国内第一个大采高（5.5米）300米加长工作面，并实现了一个综采队连续3年年产超千万吨、月产109.5万吨等多项世界纪录。

一、51208工作面基本概况

51208工作面开采1-2煤。该工作面北面下部为2-2煤52301L旺采工作面采空区；南面为1-2煤51101L旺采工作面采空区；西面为1-2煤西二盘区大巷；东面为2-2煤大巷，距离2-2煤辅运大巷50m。工作面走向长98m，倾斜长943.7m。地质储量约69万t。

51208工作面切眼相对地表为黑炭沟西岸坡顶，与黑炭沟沟底相距280m，黑炭沟内无地表流水。工作面中部距切眼258～314m范围内地表有白家渠自西北向东南斜穿而过，雨季地面沟流一般只有1～2m3/h，旱季断流。

二、51208工作面地质特征

该工作面地质条件变化大，存在突水溃沙危险的地段为51208工作面切眼至白家渠段，具有以下特征：

含水层厚：根据白家渠沟底sb27观测孔资料显示，含水层厚度为20.3m。1-2煤上覆基岩薄，且有风化现象：切眼处基岩厚16～42m，白家渠段基岩厚度为11～33m，均在导水裂隙带高度（48.7m）内，白家渠甚至在冒落带高度（13.96m）内。1-2煤层顶板松软：为I类—易冒落的松软顶板。松散层厚度相对较大：切眼处为17～33m，白家渠为8～13m,岩性为风积沙或泥质砂土。

由于工作面具有如上特点，白家渠段和切眼段在工作面采动后，上方含水层内的水会通过导水裂隙进入工作面，亦可能有流沙溃入井下的危险。为保证51208工作面切眼至白家渠段回采时的安全生产，经神东煤炭分公司专题会议研究，决定对51208工作面采取安全技术措施。

三、51208工作面探放水工程

51208工作面探放水工程针对切眼至白家渠段回采有突水溃沙危险的地段，采用“上抽下放”的原则对松散层水进行处理，包括地表钻探工程和井下钻探工程两部分。

1.地表钻探工程

自2007年年初，地表钻探工程共施工抽水井、长期水文观测孔、直通式泄孔、松散层调查孔等各类钻孔11个。

施工抽水井2个，是为了将井内散层水向外抽排，并通过抽水试验获取水文地质参数。在对井1及井2进行抽水试验时，2个水井在地面抽水时水量不到1m3/h，说明松散层中泥、砂质含量高，渗透性差。故没有进行地表疏放水，而改为在井下打钻泄水。

施工长期水文观测孔5个，是为了探明含水层厚度，并随时掌握含水层厚度的变化情况。

施工直通式泄孔1个，是因为切眼处淋水较大，为了将该处的松散层水泄入井下，施工松散层调查孔3个，是为了查明松散层厚度，并以此推算出基岩厚度。以上所有钻孔均有此作用。

地表施工的所有钻孔均达到了设计目的。

2.井下钻探工程

施工疏放水钻孔，对含水层水进行提前疏放。

自2007年3月12日至11月3日，在51208工作面井下累计施工泄水孔66个，单日最大涌水量95m3/h，单孔最大涌水量为49.7m3/h。从7月初以来，泄水孔水量稳定保持在15m3/h左右，截至2008年2月21日,泄水孔涌水量为11m3/h，超过0.5m3/h的钻孔仅有4个，多数钻孔已无水或淋水。表明松散层中地下水静储量已基本被疏干，现在各孔的水量应该是来自补给量。累计泄水量约为16.3万m3。

3.疏放水效果

根据地面水文孔观测孔显示，未疏放水前，井1孔含水层厚度为11.23m，井2孔含水层厚度为9.7m，观1孔含水层厚度为7.1m，观2孔含水层厚度为6.15m，观3孔含水层厚度为6m，观4孔含水层厚度为2.6m。根据11月2日观测数据，白家渠沟内井1、井2、观1、观4和切眼处观6现含水层厚度均为0m，观2、观3孔被老乡封堵无法观测。据12月8日井下胶运9#调车硐室补2孔压力计观测压力计算，该孔上方现松散含水层厚度为0。从井下涌水量及观测孔含水层厚度变化看，疏放水效果较明显。

四、51208工作面冒落带注浆加固工程

采用“探灌结合、注浆固结”的方法进行。从地下水径、补、排的规律和松散层室内试验资料来分析，空隙率为0.5%。根据《三下采煤规程》中硬岩石冒落带高度经验公式计算防沙煤岩柱高度最大为24.87m。依据51208工作面基岩厚度等值线图圈定加固范围为51208工作面1-2煤上覆基岩厚度小于16m的含水区。基岩面标高低于1135m的区域可能含水为本次工作的主要区域。处理高度为防沙煤岩柱高度再加1A（A为煤层采高，按5m考虑），单孔平均处理高度约10m。

注浆钻孔间距采用6×6m，扩散半径大于3m。注浆管选用50mm袖阀管，灌浆材料为水泥及水拌和而成。水泥与水体积比为1∶0.3～0.4，先稀后稠。如空隙较小时加入素水泥浆1～5‰的三乙醇胺及聚丙稀酰胺。以泵压4.50～5.0Mpa为注浆结束标准。注浆方式采用袖阀管压力劈裂注浆方法，跳孔间隔及全孔一次性注浆。

工程共完成钻孔75个，钻探累计进尺1763.71m，注浆管累计长度1786.21m。注浆75个钻孔，注浆体积1185m3，共用水泥353.55t，聚丙稀酰胺260.5kg，三乙醇胺59kg。工程结束后又随机在注浆区域内施工两个钻孔进行注浆效果验证。从取芯效果分析，注浆高度范围内水泥浆已渗入松散层的孔隙、裂隙中，其颜色与沙土颜色差别明显，呈灰白色。水泥浆与沙土已形成固结体，难以用手直接掰碎，固结体硬度大于原松散层沙土的硬度。

在工作面过薄基岩段回采期间，注浆区域无漏沙现象，注浆效果显著。但在注浆区域边缘发生过两次少量漏沙现象，地表出现大坑。

五、结论

经过51208工作面井下疏放水、地面注浆加固安全措施，加之矿方对顶板的补强支护措施，使得工作面在回采薄基岩段期间，未发生突水溃沙和较大的漏顶事故，实现了安全回采。

在回采过程中发生过两次少量漏沙现象，均为干沙，未对生产造成影响。相对应的地表出现大坑，此两处正是白家渠地表注浆边缘,如再增加注浆范围会更加可靠。

从采后效果分析，提前进行探放水工程和薄基岩注浆加固工程对于薄基岩下安全回采是可行的，对于神东矿区类似的地质及水文地质条件下实现安全生产，有较好的参考价值和指导意义。