辛置煤矿2-216工作面底板局部注浆改造技术应用研究

郑宏旭

（霍州煤电集团辛置煤矿 ，山西 霍州 031412）

1 工程概况

山西焦煤集团公司辛置煤矿的2-216综采工作面位于310水平二采区正前轨道巷左侧，东北面紧邻二采区正前轨道巷，东面距离2-206工作面约310m，其余方向无任何工作面。工作面地表位于洪洞县境内，南沟村东北方向；背面距鑫磊煤业工业广场约1000m，东北面距上跑蹄村约800m，东面距上跑蹄工业广场约1600m，西南面距南沟村约300m。2-216工作面对应地面标高为+628～+716m，工作面标高为+208～+288m。2-216工作面所采2#煤层位于二叠系下统山西组，煤层稳定可采，结构复杂，含两层夹矸，其中第二层夹矸层位较稳定，厚度稍大，为低硫肥煤。2#煤层厚度为3.8m～4.3m，平均4.1m，属于中厚煤层。2-216工作面内煤层整体为单斜构造，东北高西南低，工作面煤层倾角平均9°，工作面掘进期间共揭露9条断层，断层的详细情况如表1所示。工作面正巷东侧为X-46陷落柱，该陷落柱已在二采区轨道巷揭露，对工作面回采存在一定影响。辛置煤矿2-216工作面断层及陷落柱等地质构造较为发育，工作面采动影响下，存在导通底板承压含水层而发生突水的危险，现对其治理措施展开研究。

表1 断层一览表

2 2-216工作面回采水源分析

2-216工作面位于310水平二采区正前轨道巷左侧，所在煤层为2#煤层，水文地质类型划分为中等。工作面底板标高+208-+288m，低于奥灰、太灰静水位标高（奥灰O2水的水位平均标高为+505m，太灰水的水位平均标高为+497m），为带压工作面[1]；工作面顶板的主要充水水源为2#煤层上覆的各砂岩裂隙水；工作面东侧的X-46陷落柱不导水，且距离回采范围最小间距为26m，对回采影响较小；工作面回采范围内及周边无地质钻孔，对工作面回采无影响。综上所述影响2-216工作面的主要水源为：

1）2#煤层上覆的各砂岩裂隙水。根据矿井地质报告资料显示，影响2-216工作面的主要充水水源为2#煤层上覆的二叠系各砂岩裂隙水，在2#煤层以上依次有K8、K9、K10砂岩含水层，K8为灰白色中细粒砂岩，平均厚度7.20m；K9为灰白色中粗粒砂岩，平均厚度8.45m；K10为灰绿色粗砂岩平均为7.00m。这些含水层绝大部分被覆盖，只在西部沟谷中有出露，因受补给条件及含水层裂隙发育程度的限制，富水性较弱，当有断层及陷落柱沟通时，才能对矿井充水有影响。实际掘进过程中工作面直接顶板为泥岩，老顶为K8砂岩，掘进期间顶部仅有少量淋头水，在工作面掘进过程中已有过疏放，且工作面回采范围内无地质钻孔，回采范围内断层均不导水，预计砂岩裂隙水对回采影响较小。

2）底板太灰和奥灰含水层。2-216工作面底板标高+208～+288m，根据矿井地质报告资料显示井田范围内太灰水的水位平均标高为+497m，工作面为带压开采，带压2.09～2.89MPa，2#煤层底板距下覆太灰顶面平均间距为80m，突水系数为0.046～0.056MPa/m，小于0.06 MPa/m，在无褶曲、断层等构造破坏的正常底板条件下，2-216工作面开采不受底板太灰含水层的威胁，属带压开采工作面；根据矿井地质报告资料显示井田范围内奥灰O2水的水位平均标高为+505m，工作面为带压开采，带压2.17～2.97MPa，2#煤层底板距下覆奥灰顶面平均间距为110m，突水系数为0.030～0.047MPa/m，小于0.06 MPa/m，位于带压开采安全区域。

综上可知，在无褶曲、断层等构造破坏的正常底板条件下，2-216工作面回采不受底板含水层的威胁，但是根据2-216工作面掘进期间断层的揭露情况，该工作面断层、褶曲等地质构造较为发育，且现场观测结果表明F18和F1388断层导水性较强。正常地质条件下，工作面开采会引起底板一定深度的塑性破坏和裂隙发育，底板含水层在承压水的作用下会产生一定高度的自然导升带[2～3]，当工作面底板裂隙带和导升带联通时，灰岩含水层内的水涌入工作面发生突水事故，由于2-216工作面底板隔水层厚度为80m，正常情况下能够有效的阻止太灰水涌入工作面；但是，2-216工作面断层较为发育，并且个别断层导水性导水性良好，断层的影响下会引起隔水层内的导升带进一步扩展，此时工作面将存在更大的突水危险性，工作面突水原理如图1所示。综上可知，2-216工作面回采产生的底板导水裂隙带可能导通太灰水，所以工作面存在较大的突水危险性。

图1 上下扩展联通突水示意图

3 地质构造发育型底板突水防治技术

3.1 2-216工作面瞬变电磁初探

辛置煤矿2-216工作面回采主要面临底板承压水的威胁，为详细了解底板压力水的赋存情况，2-216工作面回采巷道施工完成后，在2-216轨道顺槽和2-216运输顺槽分别对底板进行瞬变电磁勘探[4]，得到2-216工作面底板富水异常区的平面位置如图2（a）、（b）所示。根据瞬变电磁勘探结果可以看出，2-216工作面内存在富水性较强的低阻异常区（A级）共6个，富水性较弱的低阻异常区（B级）4个，剩余的区域底板完整性较好，未探测到底板承压水的赋存。整体来说，2-216工作面开采受到较大的底板承压水的威胁。

图2 辛置煤矿2-216工作面底板富水异常区分布情况

3.2 2-216工作面底板注浆改造技术

根据2-216工作面瞬变电磁勘探结果可知，工作面底板共有6个A级和4个B级富水区域，为封堵工作面底板导水裂隙，针对这些异常区对工作面的底板进行注浆改造，注浆钻孔的布置详情如图3所示，2-216轨道顺槽和运输顺槽分别布置7个钻场，共布置167个底板注浆钻孔，每个钻场钻孔为8～13个，钻孔的数量和注浆量根据钻孔出水量及瞬变电磁勘探结果进行调整，钻孔平均深度为85m，累计进尺14195m，注浆管采用直径为60mm，管壁厚度为8mm的高压流体管，注浆材料为水泥和黏土混合浆液，采用的配合比为水泥：黏土=1：3，注浆终压为7.8MPa，A级富水异常区平均注浆量为95t，B级富水异常区单孔平均注浆量为60t，累计注浆量9586t。

图3 2-216工作面富水异常区注浆钻孔布置平面图

3.3 2-216工作面局部底板注浆改造效果分析

辛置煤矿2-216工作面底板注浆工程实施期间，单孔最大涌水量为80m3/h，共有12个钻孔未出水，注浆钻孔总出水量为3969m3，累计注浆量为9586t，单个钻孔平均注浆量和平均出水量之比为2.42，单个钻孔的注浆量和出水量呈正相关，底板注浆效果良好。为详细的了解2-216工作面注浆改造的情况，底板注浆工程完成后进行的瞬变电磁复探，结果如图4所示。根据复探结果可知，原有的大面积富水异常已经消失或者减小，灰岩突水危险区域明显的减小。2-216工作面实际生产过程中，工作面正常涌水量为35m3/h，最大涌水量为120m3/h。

图4 2-216工作面底板注浆改造后复探结果

4 结论和建议

通过对辛置煤矿2-216工作面水文地质条件和底板物探结果的研究分析表明，在无断层、褶曲等地质构造影响的情况下，2-216工作面没有底板突水的危险，该工作面断层较为发育，并且具有一定的导水性，采动影响下很可能会发生采煤工作面或采空区突水事故，根据瞬变电磁勘探结果设计对底板进行局部注浆改造，注浆后进行瞬变电磁复探及后期工作面回采期间的涌水量表明，取得了良好的底板改造效果，消除了工作面的突水可能。