团柏矿11-101工作面陷落柱注浆封堵技术

申巧君

（霍州煤电集团有限责任公司团柏煤矿 ，山西 霍州 031400）

11-101工作面巷道掘进时，陷落柱以西巷道内煤壁渗水、多处有顶板淋水现象，揭露陷落柱时出水18m3/h，结合奥灰孔、太灰孔施工情况和水质分析结果，说明陷落柱破碎带可能与煤层顶板砂岩含水层（或陷落柱空洞）、底板含水层沟通。随着巷道掘进延伸和工作面回采，受矿压和采动影响，灰岩含水层水极易通过陷落柱进入采场，造成突水事故，威胁到工作面安全回采和矿井安全[1-2]。

1 工作面概况

团柏矿11-101工作面开采11#煤层，主要煤层与上下含水层位置关系如图1所示。老顶为粉砂岩，厚度5.0m；顶板为泥岩，厚度2.8m；11#煤煤层平均厚度 3.3m；底板为泥岩，厚 3.9～4.4m；老底为白砂岩，厚0.5m。据井田内钻孔抽水试验资料：含水层厚度 11.98m～38.20m,q=0.1141～0.2158L/s.m，K=0.0679～ 0.1749m/d，水质类型为HCO3-Ca或HCO3-Ca·Mg型，该含水层富水性为中等。由于该含水层组与基岩风化带含水层直接接触，水力联系密切，含水性相对较强，工作面水文地质条件复杂，陷落柱比较发育。

图1 主要煤层与上下含水层位置关系

2 注浆施工方案

2.1 钻孔布置要求

101工作面开采11#煤层，煤层顶板以上有11#煤层顶板砂岩裂隙含水层并有可能存在陷落柱空洞积水。综合考虑工作面采长、煤层厚度、顶板跨采比、裂采比及各含水层标高等因素[3]，顶板放水钻孔考虑向陷落柱深部钻进，钻进至11#煤层顶板以上80m终孔。

11#煤层底板以下有砂岩含水层和灰岩含水层，11#煤层底板陷落柱注浆加固工程钻孔布置重点考虑对煤层底板以下陷落柱破碎带以及陷落柱周边灰岩岩溶裂隙进行注浆加固，在陷落柱边沿形成一个环状帷幕，隔断与各含水层之间的水力联系，彻底根除水患[4-6]。根据本地区以往钻孔注浆施工经验，水泥浆液扩散半径按20-25m考虑，采用立体交叉布孔，不留注浆空白带。对煤层底板控制高度考虑75-85m。

因钻场所在巷道距陷落柱较近，为便于稳固埋设套管，保证注浆效果，钻孔布置尽量斜向陷落柱边缘裂隙带钻进，埋设套管长度不小于15m。

套管采用孔底翻浆进行加固，固管采用早强水泥浆，钻孔注浆主要采用水灰比为1：0.6—1：1.0的单液水泥浆，为防止钻孔注浆产生冒顶、片帮、底鼓等二次破坏，浅层起始注浆压力控制在2.5MPa左右。反复透孔、钻进、注浆，逐步加大注浆压力，注浆终压不小于6.0MPa，注浆施工时视钻孔注浆量和注浆压力变化情况决定是否继续注浆或封孔。

注浆钻孔施工完毕施工检查注浆钻孔，要求进入陷落柱破碎带不小于30m，通过反复注浆、透孔、钻进，终孔时钻孔出水不大于3m3/h。

2.2 钻场及钻孔布置方案

通过分析资料，结合现场实际考察，本次陷落柱注浆加固工程在101工作面内共设计布置3个钻场。

本次工程共设计施工3个顶板疏放水钻孔，1#钻场施工F1#和F2#放水孔，2#钻场施工F3#放水孔，钻孔总进尺为274.9m（详见表1）。

表1 陷落柱顶板放水钻孔设计参数表

本次陷落柱注浆加固工程共设计11个注浆钻孔，1#钻场施工4个注浆钻孔，2#钻场施工3个注浆钻孔，3#钻场施工4个注浆钻孔，注浆钻孔总进尺1075.6m（详见表2），施工时根据注浆情况增减钻孔数量。

表2 陷落柱注浆钻孔设计参数表

注浆钻孔施工完毕在1#钻场、2#钻场和3#钻场分别施工J1#、J2#、J3#检查注浆钻孔，检查注浆钻孔总进尺为302m（见表3）。

表3 陷落柱检查注浆钻孔设计参数表

本次陷落柱注浆加固和顶板疏放水工程共设计施工11个注浆钻孔、3检查注浆钻孔和3个顶板放水孔，总进尺为1652.5m。

2.3 钻孔结构

1）顶板疏放水钻孔。顶板疏放水钻孔开孔孔径均为Φ133mm，钻进11m，下入Φ127mm护孔套管10m，采用早强水泥浆对套管进行注浆加固后，凝固48小时（凝固时间视该矿井下水泥凝固时间确定）后透孔做耐压试验，孔口压力要不小于3.0MPa，稳压时间要不少于30min，试验合格后换径Φ94mm钻进至进入粗粒砂岩8～10m终孔。钻孔进入陷落柱破碎带后继续钻进，遇漏水、卡钻、裹钻等异常情况时停止钻进，进行注浆加固后透孔钻进，终孔层位为11#煤层顶板以上80m。

2）底板注浆加固钻孔和检查注浆钻孔。注浆钻孔和检查注浆钻孔开孔孔径均为Φ133mm，钻进16m，下入Φ127mm护孔套管15m，采用早强水泥浆对套管进行注浆加固后，凝固48h（凝固时间视该矿井下水泥凝固时间确定）后透孔做耐压试验，孔口压力要不小于6.0MPa，稳压时间要不少于30min，试验合格后安装孔口防喷装置，然后换径Φ94mm继续钻进至终孔。遇漏水、卡钻、裹钻、钻孔出水、有害气体涌出等异常情况时停止钻进，进行注浆加固。

2.4 注浆要求

固管、注浆均采用425R普通硅酸盐水泥，固管采用早强水泥浆，注浆采用单液水泥浆，浆液水灰比控制在 1：0.7～1：1.0 之间，浆液调制均匀，注浆时确保连续注浆，根据注浆压力和浆液扩散情况，随时调整浆液水灰比，浆液水灰比按照由稀到稠再由稠到稀进行调整；起始注浆压力控制在2.5MPa左右，随钻孔深入逐步加大注浆压力，注浆终压不小于6.0MPa。当进浆量小于40L/min时停止注浆，待水泥凝固24h后，透孔钻进，再注浆加固，重复进行。

2.5 施工顺序

根据设计要求和钻场实际准备情况，为确保按时完成施工任务，在进行现场调研后，计划分三个阶段进行施工：

第一阶段安排ZDY-4000S型全液压坑道钻机和ZDY-3200S型全液压坑道钻机各一台同时在1#钻场和2#钻场进行注浆钻孔施工。

第二阶段安排ZDY-4000S型钻机在3#钻场施工注浆钻孔，同时安排ZDY-3200S型钻机在1#钻场和2#钻场施工顶板疏放水钻孔。

第三阶段安排两台钻机在三个钻场施工检查注浆钻孔。

第一阶段1#钻场施工4个注浆钻孔、2#钻场施工3个注浆钻孔，同一钻场钻孔交叉进行钻进、固管、注浆和凝固等工序；第二阶段3#钻场施工4个注浆钻孔，1#、2#钻场施工3个顶板疏放水钻孔，同一钻场钻孔交叉进行钻进、固管、注浆和凝固等工序；第三阶段三个钻场各施工1个检查注浆钻孔。

3 结 语

通过对101工作面陷落柱区域的注浆加固处理，加强巷道围岩强度，使之形成一个整体；经现场实施及观测，该回采面在通过陷落柱区域处时，不在出现巷道顶板跨落及两帮鼓出的现象，确保回采面能够正常推进和安全生产。工作面陷落柱堵水的成功，不但消除了突水对采区造成的威胁，而且进一步加固了巷道顶底板，保证了11-101工作面的正常掘进。