底分层工作面防治水治理技术标准研究

王志光 郭小科

摘  要：我矿水文地质条件复杂，受承压含水层影响严重，因开采条件限制，开采底分层成为缓解矿井接替的唯一方法，在构造复杂区域底分层工作面如何有效开展防治水工作，确保工作面安全回采，特制定本底分层防治水技术标准。

关键词：底分层;防治水;技术标准

一、底分层工作面概况

我矿首个底分层工作面位于盘区东部，标高-546.6～-619.5m，工作面上顺槽长2110m，下顺槽长2145m，宽140m。

工作面切眼东南约115～144m为F18断层（H=730m），对盘新生界地层与本盘含水层对接。根据精细三维地震资料显示，切眼以南地质条件复杂，多条断层交错发育。

二、水文地質情况分析

据矿井生产过程中实际揭露的水文地质资料，矿井受承压含水层影响，自下而上叙述为：O2灰岩含水层，厚度大于400m，该含水层顶距二1煤层底约128.4 m，正常情况不影响煤层开采，断裂沟通情况下对矿井威胁大;L2灰岩含水层，平均厚度12.42m，岩溶裂隙发育，属强富水性含水层，上距二1煤层平均93m。在地层完整区域不会对工作面回采造成影响，但在构造破碎带需对该含水层进行注浆加固;L8灰岩含水层，平均厚度8.77m，为二1煤层主要充水含水层，上距二1煤层平均27.58m。由于工作面内二1煤层与L8灰岩含水层之间隔水层较薄，L8灰岩水突水系数大于突水临界值0.1 MPa/m，存在突水威胁。

三、顶分层工作面治理情况

工作面底板注浆加固深度为二1煤层底板下85m，完成情况如下：顶分层工作面布置钻场42个，施工钻孔504个，累计钻进进尺82530m，钻孔总出水量为2495.44m3/h，累计注水泥干料10194.39t，粘土干料7892.69t。

四、底分层水害治理工程技术标准

（一）钻场布置原则

1.在顶板较为完整，支护牢固可靠，能保证施工人员的安全，远离老空、老巷、断层带;

2.能满足按设计注浆孔的方位、倾角施工的要求;

3.钻场内设置泵坑，能保证正常排水，自然扩散通风。

（二）钻孔布置原则

1.以顶分层工作面水文情况为依据，对工作面以外30m范围内进行底板全面注浆加固。单孔出水量不超10m3/h，将不再增加检验钻孔，如钻孔出水量较大，则补加钻孔进行二次验证。

2.对顶分层工作面底板进行布孔验证，对富水区及断层附近施工3～5个效果检验钻孔，如钻孔出水量大于10m3/h，需进行再次补孔验证。

3.底分层施工总钻孔数量不能低于顶分层总钻孔数量的三分之一。

（三）钻孔深度确定

根据矿井以往实际钻孔揭露资料显示，在二1煤底板下垂距约85m有一层中粒砂岩，成分以石英为主，分选性较差，富水性较强，是L2灰岩向L8灰岩充水的间接充水含水层。结合矿井以往工作面底板注浆加固及改造含水层工程实际情况分析，该中粒砂岩含水层注浆及改造后，有效降低L2灰岩含水层突水威胁。

（四）设计终孔注浆压力

根据要求，钻孔终孔注浆压力应达到水压的1.5～2.0倍，即：（1.5～2.0）×6.4MPa=9.6～12.8MPa。本工作面注浆孔设计终孔压力规定为15MPa。

（五）钻孔施工顺序

1.单个钻场钻孔施工顺序

工作面钻场包括正注浆的钻孔在内，允许同时施工的钻孔个数最多为3个，同时注浆的钻孔最多为2个。而且施工时必须先施工完奇（偶）数孔再开偶（奇）数孔。

2.相邻钻场钻孔施工顺序

若相邻钻场不是同时施工的，则必须根据正施工钻孔来确定相邻新钻场开孔孔号，原则上两个钻场同时施工的钻孔终孔位置相距不得小于60m，避免两钻孔出现对打或近对打，从而导致互相窜浆、浆液挤压致使蹋孔、废孔的现象发生。

（六）注浆材料及参数选取

以粘土水泥混合浆为主，同时根据钻孔实际揭露水文地质情况可适当增加少量辅料，提高注浆效果。

1.粘土：是粘土水泥浆的主剂，通常占干料的80%左右，粘土的塑性指数为7～15。

2.水泥：对凝胶体起结构成形作用，通常地面采用P·O 42.5和井下采用P·C·S32.5水泥，占浆液干料的10～30%，一般20%左右。

3.辅料：是裂隙充填物质，阻止粘土水泥从注浆孔附近的突水点泄露，一般用锯沫、海带丝或大豆等，使用量根据浆液泄露情况而定，一般泄露量大于注入量的20%时可以用辅料。

4.浆液参数：注浆参数的选择视单孔涌水量及岩溶发育程度而定。粘土浆比重1.10～1.18，含砂率小于5%;粘土水泥浆的粘度为25～40Pa.s，比重1.12～1.18，一般是先稀后稠再稀。

（七）结束标准

1.单孔标准

①要求所有底板加固钻孔复孔次数不少于1次，且满足复孔水量小于0.5m3/h。

②设计注浆终压为15MPa，井下注浆压力达到设计要求，泵量为34L/min，并稳压30min以上，可结束注浆。

2.工程结束标准

①钻孔多次注浆后，最后复孔水量小于10m3/h，且压水至15MPa。

②钻孔封孔使用P·O 42.5R的普通硅酸盐水泥浆纯水泥浆，水灰重量比1：1.48（比重1.65t/m3），以返浆封孔的方式进行封孔，所有钻孔均要求封闭严实。

五、我矿底分层工作面防治水工程实践

（一）按标准对工作面进行设计

以顶分层工作面切眼水文情况为依据，对底分层工作面切眼以外50m范围内进行底板全面注浆加固，平均每个钻场7～8个钻孔。单孔出水量不超10m3/h，将不再增加检验钻孔，如钻孔出水量较大，则补加钻孔进行二次验证。对底分层工作面采空区底板进行布孔验证，1～8钻场平均每个钻场布置2～5个效果检验钻孔，富水区附近及断层附近钻场施工3～5个效果检验钻孔，如钻孔出水量大于10m3/h，需进行再次补孔验证。

（二）底分层工作面防治水工程效果

底分层工作面共施工钻孔148个，累计钻进进尺23667m，钻孔总出水量为1017.5m3/h，累计注水泥干料2301.34t，粘土干料4555.91t，总计干料6857.25t。

结语：

受地质及水文地质条件影响，各矿井水害类型及水害条件差别大，请慎重参考。

参考文献

[1]  周振亮.煤矿水文地质勘探现状及新技术应用[J].矿业装备，2019（04）：130-131.