赵庄二号井2314回采工作面富水陷落柱注浆加固实践

时静修

（晋煤集团晟泰公司矿山技术服务分公司，山西 晋城 048000）

0 引言

陷落柱是煤系奥陶岩层经地下水溶掏蚀后，形成的大面积空洞[1]，在煤系地层中，陷落柱限制了煤矿的快速安全生产。对于富水陷落柱的处理往往选择优化采矿方法来避开陷落柱区域，实现快速推进通过该区域[2-3]，或者采用超前预裂爆破技术来通过富水陷落柱[4-5]。但是复杂区域难以完成快速的搬家倒面工作，且要重新施工巷道，工程量较大，造成采面停产；此外，运用超强预裂爆破技术时，难以控制爆破对围岩的损伤，可能会带来围岩控制困难以及突水等新问题。因此，现阶段工作面过陷落柱时需要在对陷落柱区域进行设计优化的同时进行注浆加固来控制围岩[6-10]，特别在大采高、大倾角工作面运用注浆加固技术通过富水陷落柱的实践成功更加表明该技术成熟，治理有效[11-12]。本文针对赵庄二号井2314回采工作面过JDX6富水陷落柱问题，设计采用注浆加固方法对陷落柱进行处理，以达到安全生产目的。

1 工程概况

2314工作面23142巷220～340m以北15m处发育JDX6陷落柱（长轴：230m，短轴：140m），如图1所示。根据物探、钻探以及化探测试结果，JDX6陷落柱导富水较强。截止2016年2月底，总疏放水量约45000m3，涌水量大，水源复杂。另外，该陷落柱水源主要是来自顶板的K砂岩水、K8砂岩水以及底板的K5灰岩水。钻探期间陷落柱预计正常涌水量15～25m3/h，最大涌水量55 m3/h。现巷内共3个水仓，共铺设有两趟排水管路（4寸、6寸），1号水仓内有两台15kW潜水泵（一用一备），2号水仓内有两台15kW潜水泵（一用一备）,3号水仓内有两台37kW离心泵（一用一备），且巷内右帮均有水沟，水能顺利流入水仓内，排水能力能够满足设计的最大涌水量。

2 注浆加固方案设计

图1 陷落柱位置图

2.1 施工位置选择

本次注浆施工在23142巷内进行施工。23142巷总设计施工长度为949.3m。巷道为全煤巷，断面形式采用矩形断面，支护形式为锚网索联合支护，巷道净宽4.3m，净高3m。巷内左帮敷设有风水管路，右帮悬挂有电缆、信号线等，巷中铺设有一部轨道（后期钉道，安装绞车至注浆钻场处），此巷为全负压通风巷道。

2.2 钻孔施工原则

遵循“突出重点，兼顾一般”的原则，先按钻孔终孔位置在灰岩中30m的扩散半径均匀分布工作面范围基础上适当加密布置注浆钻孔：

1）工作面距离陷落柱边界较近的区域位置;

2）陷落柱附近23142巷拐弯处，应力最集中的区域；

3）已施工注浆钻孔探查出的富水区域。

2.3 钻孔工程布置

钻孔工程布置分两类，第一类钻孔为采场侧帮底板方向陷落柱加固钻孔，共布置12个注浆钻孔，3个检查兼补充注浆钻孔，平面上钻孔落点位置呈不规则梅花形；第二类钻孔为沿顺层侧帮及顶板方向布置的围岩加固钻孔，剖面上钻孔轨迹呈扇形布置，共20个钻孔。如图2、图3所示。

图2 JDX6陷落柱底板注浆加固钻孔布置图

2.4 钻孔结构

注浆钻孔主要采用ZDY1250型全液压钻机或ZDY-2000S煤矿用全液压坑道钻机施工。分3步骤进行。

图3 JDX6陷落柱顺层及顶板注浆加固钻孔布置图

1）开孔进入新鲜完整基岩5m，下入Φ146mm地质孔口管，水泥盘麻固管；

2）继续钻进进入底板12m，下入Φ108mm止水套管，用水泥盘麻做止水固管；

3）开裸孔Φ73mm进入终孔层位，洗孔观测孔内静止水位。注浆孔孔结构见图4。

图4 钻孔结构图

2.5 注浆设备及材料

2.5.1 主要设备

主要注浆设备包括：ZBY1.8/12.0-11型煤矿用液压双液注浆机、ZDY1250型全液压钻机、ZDY-2000S煤矿用全液压坑道钻机等

2.5.2 注浆材料

1）胶结材料主要成分为32.5#普通硅酸盐水泥及粉煤灰。其中粉煤灰为细粉煤灰，砂为当地产中细沙，粒径根据钻孔实际揭露情况确定。

2）早强剂为0.03～0.05%三乙醇胺、0.3～0.5%食盐。

设备及材料具体参数见表1。

表1 注浆设备及材料一览表

2.6 施工作业方法及工艺

2.6.1 作业方法

安全检查→敲帮问顶→定眼→开孔注管→压力检验→钻进→注浆→下一次钻进→注浆（不断重复进行至终孔）→清理现场。

2.6.2 施工工艺

1）每次注浆前，均要进行压水。压水试验成果以吸水率q表示：

式中：q为吸水率，L/min.m2；Q为压入流量，L/min；P为压力，MPa；L为受注层段长度，m。

2）根据试验结果对浆液类型、浓度进行确定。根据实际情况，对浆液浓度进行优化调整。

3）每次注浆结束后均要向孔内进行压水，压水量为管路与孔内体积之和的两倍。

4）要对压水试验及注浆过程进行详细记录，为下一步施工提供依据。

3 效果检验

3.1 钻孔检验

注浆结束后实施4个检验孔，取芯检验注浆加固效果并实施水压、水量检测，结果如下：

1）经检验，检验孔取得岩芯充填效果明显，岩芯完整度达70%，说明注浆对陷落柱围岩起到较好的封堵加固作用。

2）通过水压、水量检验发现：注浆加固后测定最大水压为0.26 MPa，出水量最大为4.4 m3/h，与注浆前测得最大水压0.96 MPa，最大水量为60 m3/h相比，效果明显。表明浆液有效封堵裂隙通道，其导水连通性得到较好控制。

3.2 工程检验

未进行注浆加固过陷落柱时，工作面会出现煤壁片帮、冒顶等问题如图4（a）所示；在32个注浆孔注浆完成后，经检验后在2314工作面过JDX6陷落柱时，围岩控制情况远好于未进行注浆加固时，如图 4（b）所示。

图4 工作面现场情况图

4 结 论

1）针对赵庄二号井2314回采工作面过富水陷落柱提出了运用注浆加固的方法来进行防控。根据实际采矿地质条件设计施工32个注浆孔，孔口直径73mm。

2）注浆后经钻孔检验注浆后岩体胶结完整，裂隙封堵情况良好；在过JDX6陷落柱注浆加固区时，煤壁片帮小，顶板控制情况良好，工作面回采顺利。