高位巨厚坚硬岩层离层区注浆效果分析

王崇刚

（潞安新疆煤化工(集团)有限公司二矿，新疆 哈密 839003）

1 工程概况

潞新二煤矿II102采区位于矿井二水平西部，在一水平I4采区的下部，采用下山开采10煤层。II102采区东以5号勘探线及HF7断层为界，西以10煤层不可采区为界，上以一水平-475m西运输大巷保护煤柱为界，下以-700m等高线为界。采区走向长2000～2670m，平均2340m，倾斜长280～900m，平均700m，面积1.638km2。岩浆岩覆盖在II102采区的上方，其整体表现稳定，根据关键层判别软件KSPB判别，为覆岩的主关键层。相关的探测显示，该岩浆岩呈岩床形式分布在煤体上方。除了部分区域出现褶曲之外，整体分布均匀。

该岩浆岩抗压强度可达140MPa，抗拉强度在10MPa以上。因此，由于岩浆岩的岩体强度高、厚度大，岩浆岩内积聚了大量的弹性能。随着II102采区的II1022、II1024工作面的继续推采，岩浆岩内积聚的弹性能进一步增加。由于岩浆岩强度高，不易破断，而是将应力向采空区煤壁、煤柱传递，使这些区域的煤体产生应力集中[1-2]。一旦这些区域的煤体达到其承载能力，便将煤体内积聚的能量瞬间释放出来，造成冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害[3]。

2 II102采区开采过程中矿震监测能量变化规律

如图1所示，潞新二煤矿II102采区矿震的空间分布特征可得到如下结论：

由于矿震是采动引起的，因此在工作面向前推采的过程中，矿震也随着工作面的推进不断向前发展[1-2]。II1024工作面矿震主要集中在工作面以上巨厚岩浆岩以下的岩层中，且该工作面推采过程中，释放能量较低，多在1000J以下。从该工作面矿震发生的空间及释放能量值来看，该工作面推采过程中，上覆巨厚岩浆岩并未发生破断。

II1026掘进面由于紧邻II1022面采空区、II1024面采空区，采空区空间大，两采空区上方的巨厚岩浆岩尚未破断，将采空区上覆岩层的重量都附加到采空区周围的煤岩体上，引起采空区周围煤岩体内部储存的能量高度集中，II1026掘进面矿震的能量平均为2845J，约为II1024工作面的2.53倍。由于该工作面掘进释放能量值高，可推断出，若不采取有效措施，巨厚岩浆岩将在II1026工作面开采过程中发生破断。

图1 II1024、II1026工作面矿震分布图

3 II102采区开采过程中岩浆岩对覆岩运移影响情况

根据现场实测资料，如图2所示，II1022、II1024工作面开采之后地表下沉量为0.5m，远小于下沉预测值，说明工作面上方的岩浆岩尚未破断。

根据现场实测资料，II1022、II1024工作面开采之后地表下沉量很小，仅为0.5m，远小于下沉预测值，结合岩浆岩下覆采空区范围地质钻孔照片（图3），岩浆岩下离层发育较好，有较大离层空间，说明工作面上方的岩浆岩尚未破断[4]。因此，应采取有效措施，防止岩浆岩突然破断造成冲击地压等动力灾害。

图2 预测与实测下沉对比

图3 3号孔离层裂隙情况

4 离层区注浆充填方案及效果评价

4.1 离层区注浆充填方案

水泥浆材由于其结石体强度高且其材料来源广、成本低、配置简单等优点，是使用最广泛的注浆材料。普通水泥的颗粒较大，承载能力大，但可注性差，在注浆过程中容易造成卡管。本次注浆浆液主要起到充填离层缝隙的作用，并不用对浆液进行特殊处理，所以在选择注浆浆液过程中对浆液的砂粒进行细化即可。

离层区注浆钻孔数目11个，其中II1022工作面2个，II1024工作面2个，II1026工作面4个，钻孔间距为100～200m，钻孔主要布置在离层区及工作面采空区上方，如图4所示。

图4 II102采区钻孔布置图

4.2 注浆充填效果评价

如图5所示，对离层区充填注浆之后，II1026工作面上方地表下沉0.288m，说明注浆减沉效果较好，II1026工作面在开采过程中未出现因岩浆岩断裂导致的动力灾害，安全采出原煤56.3万t，采区累计采出原煤128.1万t，取得了良好的经济效益。

图5 II1026工作面实测下沉值

根据现场实测资料，对岩浆岩下离层区进行注浆充填，地表下沉量很小，说明岩浆岩未发生破断失稳，即说明岩浆岩破断情况与数值模拟结论基本吻合。

5 结论

本文以淮北矿区潞新二煤矿II102采区为例，对II102采区开采过程中岩浆岩的破断情况进行分析研究，得到以下结论：

（1）II1022、II1024工作面开采后地表下沉量很小，仅为0.5m，远小于无岩浆岩开采时下沉预测值，结合岩浆岩下覆采空区范围地质钻孔照片，说明岩浆岩下有较大离层空间，判断出工作面上方的岩浆岩尚未破断。

（2）对离层区充填注浆之后，II1026工作面上方地表下沉0.288m，说明注浆减沉效果较好，II1026工作面在开采过程中未出现因岩浆岩断裂导致的动力灾害，安全采出原煤56.3万t，采区累计采出原煤128.1万t，取得了良好的经济效益。

（3）通过对比现场实测资料与模拟实验的地表下沉量数据，二者之间的数据基本吻合，验证了模拟实验的可靠性，对今后类似地质条件下开采具有借鉴意义。