工作面底板承压水防治方案设计与实践

李 敏

（山西潞安集团余吾煤业有限责任公司，山西 长治 046100）

余吾煤矿受底板承压水的影响较大，主要原因是其属于奥陶系灰岩的地质条件。该条件岩层富水性强、水压高、隔水层薄，断层等构造发育明显，造成该矿发生突水事故的危险性高。因此，为了保证矿井的安全回采，应提前采用物探与钻探结合的技术，探测工作面底板富水区，及时采用疏水降压和注浆改造的措施，避免工作面发生突水事故。

1 工作面概况

余吾煤矿N1201 工作面位于北风井西翼，工作面开采3 号煤层，水平标高为+400m，煤层厚度4.85～7.25m，平均6.02m。煤层顶板为泥岩、粉砂质泥岩，局部为细砂岩；底板为黑色泥岩、粉砂岩。含泥岩或炭质泥岩夹矸0～3 层，一般为1 层，平均厚0.27m，以距底板约1.33m 的一层泥岩夹矸较为稳定，厚0.25m。3 号煤层底板奥陶系最大突水系数小于临界值0.06MPa/m，奥陶系含水层顶板与3 号煤层底板之间隔水层厚度较大，奥陶系岩溶水对3号煤层影响不大。但是在断层、陷落柱局部富水及导水的情况下，对3 号煤层影响较大，掘进过程中要密切关注顶板来压后巷道顶底板裂隙的导水情况。

2 矿井水灾探测技术

2.1 物探技术

采用物探技术对N1201 工作面含水情况进行超前探测，工作面回风巷首次物探超前探测水结果如图1 所示。

图1 N1201 工作面回风巷首次物探结果示意图

由图1 可知，工作面回风巷首次物探结果显示有3 处电阻率相对较低的异常区域，异常位置如表1 所示。

表1 首次物探异常区域位置

采用物探技术对N1201 工作面含水情况进行超前探测，工作面回风巷第二次物探超前探测水结果如图2 所示。

图2 N1201 工作面回风巷第二次物探结果示意图

由图2 可知，工作面回风巷第二次物探结果显示有2 处电阻率相对较低的异常区域，异常位置如表2 所示。

表2 首次物探异常区域位置

2.2 钻探技术

对于采用物探技术探测出的水文地质异常区应当采用钻探技术进行相应的验证。根据探测出异常区的位置与巷道掘进的方向来布置钻孔的参数，根据回风巷性质，布置两个钻场进行钻探，每个钻场布置多个钻孔。钻孔超探距离应当大于30m，顺着巷道方向打入回风巷底板，钻孔应当深入到奥陶系含水层顶板中。N1201 工作面回风巷不同位置超探距离如表3 所示。

表3 N1201 工作面不同水压超前探测距离

通过钻探对构造异常区域进行验证，工作面回风巷超前迎头8～18m、38～42m、62～70m范围内，受断层、陷落柱等构造影响，回风巷受底板奥灰水影响，掘进存在安全隐患。

3 防治水技术

3.1 疏水降压

底板采用疏水降压，通过钻孔将底板岩层中的奥灰岩水提前释放，水位降低到安全线以下，从而达到防治水的目的。疏水降压钻孔参数如表4 所示。

表4 疏水降压钻孔参数

工作面钻孔采用螺杆马达定向钻进，钻进时螺杆马达利用传动轴带动钻头底部向岩层底板钻进，可实时调整转动的方向角，从而保证对钻孔的方向进行准确的控制。通过调整参数确定最佳的钻孔效果，钻孔参数如表5 所示。

表5 钻孔工艺参数

钻孔施工至N1201 工作面回风巷底板奥陶系含水层时出水量开始增大。回风巷超前迎头8～18m、38～42m、62～70m 范围内初始水量分别为58m3/h、39m3/h、66m3/h，初始水压分别为0.73MPa、0.57MPa、0.84MPa。自2017年8月以来，经过13个月持续疏放，底板承压水涌水量和水压有了明显降低，呈现前期降低速率快、后期缓慢下降的趋势。截至2018 年9月，超前迎头8～18m 范围注浆封孔前，钻孔涌水量为58m3/h，水压为0.73MPa。超前迎头8～18m 范围涌水量和水压随时间变化趋势图如图3 所示。

由图3 可知，采用疏水降压措施对超前迎头8～18m 范围进行探放水后，水量和水压均有大幅度下降，涌水量为12m3/h，水压0.13MPa。由此可知，采用物探坑透探测技术和钻探技术探测的富水异常区域底板含水层富水性强，通过钻孔探放水实现了对底板覆水异常区域的疏水降压。

图3 3#钻孔水量和水压随时间变化图

3.2 注浆改造

采用注浆改造技术防治底板承压水，其原理是利用注浆液将巷道围岩中原来被承压水占据的裂隙形成阻水整体，将导水裂隙封堵，底板注浆也进一步可以提高底板隔水层的厚度，提高抗压强度与抗突水能力，避免发生矿井突水事故，保证矿井的安全生产。

在N1201 工作面回风巷底板深60m 以下布置钻孔，直径为Φ120mm，两巷均采用垂直孔深为15m 套管，套管的孔径为Φ100mm，管套以下为裸孔，孔径为Φ75mm。对巷道底板进行注浆改造，注浆液采用配比为1:1 的水泥浆液，1t 水泥浆液配比37.5g 速泥剂。注浆压力为15MPa，进浆量小于30L/min，稳定时间20min 后，凝固时间30h 以上可进行透孔。当涌水量小于0.2m3/h 后，注浆视为合格，停止注浆。否则，必须进行重复注浆，以此来保证注浆效果，实现防治底板承压水的目的。

4 防治效果检验

N1201 工作面回风巷富水异常区域采用疏水降压与注浆改造后，不仅减少导水裂隙带，提高了底板的抗水强度，还能超前探放底板富水区域含水层水，使回风巷底板含水层水量和水压均有大幅度下降。疏水降压与注浆改造相结合的防治水措施具有良好的防治水效果，对矿井的安全生产具有十分重要的作用。

5 结论

（1）以余吾煤矿N1201 工作面回风巷为研究对象，采用物探技术对矿井富水异常区域进行了超前探测，得到回风巷超前迎头8～18m、38～42m、62～70m 范围为水文地质异常区域。对富水异常区域采用钻探技术进行验证，结果表明，受断层、陷落柱等构造影响，回风巷超前迎头8～18m、38～42m、62～70m 范围受底板承压水影响，存在突水威胁。

（2）在N1201 工作面回风巷富水异常区采用疏水降压与注浆改造的防治措施进行超前防治水，并进行效果检验。结果表明，超前迎头8～18m 范围初始涌水量为58m3/h，水压为0.73MPa，疏水降压和注浆改造后钻孔涌水量为10m3/h，水压0.11MPa，有效降低了巷道底板含水层涌水量。