注浆工作面底板突水危险性分析与评价

霍槟槟 刘俊生 冯 冲

（1.义马煤业集团汝阳天泽金鼎煤业有限公司，河南 洛阳 471000；2.义马煤业集团股份有限公司，河南 义马 472300；3.义马煤业集团孟津煤矿有限责任公司，河南 洛阳 471000）

新安煤田主要受奥陶系上段灰岩水威胁，历史上多次发生突水事故，造成重大损失。为防止突水事故发生，目前主要采用底板注浆改造，对奥灰上段灰岩水进行治理。孟津煤矿在12011、11050、12070 工作面应用底板注浆改造技术治理水害，工作面均安全回采，底板奥灰涌水量均小于20 m³/h，取得明显的水害治理效果[1-5]。

1 工作面概况

12070 工作面位于12 采区，主采二1 煤层，沿煤层倾向布置，走向长度118～200 m，倾斜长度867 m，可采储量69 万t。工作面标高-245～ -320 m，地表高程为+363.5～+428.8 m，最大采深689 m。地表为丘陵地带。工作面水文地质条件复杂，煤岩层倾向130°～140°，倾角3°～10°。工作面主要受底板奥陶系灰岩水威胁，水压3.4～5.5 MPa，上距二1 煤层57.7～65.3 m，平均60.3 m。

2 注浆钻孔地质信息分析

12070 工作面采用40 m×40 m 方格网布置钻孔，进行“网格化”式探查和注浆的技术，注浆钻孔254 个（其中35 个干孔），钻探工程量36 395.2 m，总涌水量3554 m³/h，注浆干料量25 851.62 t。注浆改造控制面积0.225 km2，钻孔分布密度为1131 个/km2，万吨煤钻孔数为3.7 个，万吨煤钻孔进尺数为527.5 m，单位注浆量为0.115 t/m2。

2.1 钻孔水文信息分析

（1）钻孔出水量分析。219 个出水钻孔中：涌水量Q＜5 m³/h 的钻孔111 个，占比为50.7%；5 m³/h≤Q＜10 m³/h 的 钻 孔29 个， 占 比 为13.2%；10 m³/h≤Q＜30 m³/h 钻孔43 个，占比为19.6%；30 m³/h≤Q＜50 m³/h 钻 孔17 个，占比 为7.8%；50 m³/h≤Q＜100 m³/h 钻 孔10 个，占比为4.6%；涌水量Q≥100 m³/h 钻孔9 个，占比为4.1%。工作面切眼南110～230 m 范围为底板奥灰径流带，呈近东西条带状展布。

（2）钻孔水压分析。219 个出水钻孔中：水压≤4.5 MPa 钻孔59 个，占比26.9%；4.5～5.0 MPa钻孔123 个，占比56.2%；水压≥5.0 MPa 钻孔37 个，占比16.9%。12070 工作面切眼南200 m 附近为高水压区。

（3）钻孔水温分析。219 个出水钻孔中：水温28～32 ℃钻孔96 个，占比43.8%；水温32～35 ℃钻孔101 个，占比46.1%；水温≥35 ℃钻孔22 个，占比10.1%。12070 工作面切眼南300～350 m 范围为低水温区。

2.2 钻孔注浆信息分析

（1）钻孔注浆量分析。254 个钻孔中注浆钻孔103 个，占比40.6%。其中，注浆量＜10 t 钻孔10个，占比9.7%；注浆量10～50 t 钻孔21 个，占比20.4%；注浆量50～100 t 钻孔27 个，占比26.2%；注浆量100～500 t 的钻孔31 个，占比30.1%；注浆量≥500 t 钻孔14 个，占比13.6%。注浆量大于100 t 的钻孔有45 个，注浆量合计23 252.13 t，占总注浆量的89.9%。12070 工作面切眼南100～300 m范围为注浆量大区。

（2）钻孔注浆灰水干料比值分析。总注浆干料/钻孔总出水量为7.27。其中注浆干料量与钻孔涌水量比值（灰水比）：灰水比≥3 的钻孔69 个，占比67%；3 ＞灰水比≥2 的钻孔10 个，占比9.7%；2 ＞灰水比≥1 的钻孔9 个，占比8.7%；灰水比＜1的钻孔15 个，占比14.6%。胶4-3#孔，涌水量为50 m3/h，注干料2 996.5 t，注浆干料/单孔涌水量为59.9，注浆时间95 d。

3 工作面底板危险性分析

3.1 工作面底板垂向导水性分析

对钻孔涌水量及其垂向分布特征进行分析（如图1），可以了解工作面底板导水性及相应危险性。根据钻孔涌水量在不同垂深的分布显示：底板出水点多集中在底板以下50～100 m（即奥灰含水层上部）。工作面底板浅部富水量较小，随着底板垂深的增加，其明显增大，在底板以下100 m 附近（即在进入奥灰顶界面下40 m），出水量达到最大。

图1 12070 工作面底板导水性分布图

3.2 工作面平面危险性分析

从工作面开切眼到终采线的顺序，沿工作面倾向（推进方向）绘制出水钻孔涌水量和注浆量分布图（图2、图3），经综合对比分析如下（表1）：

图2 12070 工作面沿倾向钻孔涌水量分布图

图3 12070 工作面沿倾向钻孔注浆量分布图

表1 12070 工作面沿倾向钻孔成果表

（1）12070 工作面切眼南0～90 m 和540～930 m 区段，单孔平均涌水量在2.3～8.7 m³/h，平均单孔注浆量在19.3～63.2 t，注浆量与涌水量比值在2.3～6.8，单位面积注浆量在0.005～0.11 t/m2。表明奥灰灰岩富水性弱，岩溶不发育，为底板突水弱危险区（安全区）。

（2）12070 工 作 面 切 眼 南120～180 m 和300～540 m 区段，单孔平均涌水量在11.6～8.5 m³/h，平均单孔注浆量在62.8～155.6 t，注浆量与涌水量比值在5.6～13.4，单位面积注浆量在0.15～0.17 t/m2。表明奥灰灰岩富水性较弱，岩溶不发育，为底板突水中等危险区（威胁区）。

（3）12070 工 作 面 切 眼 南90～120 m 和180～300 m 区段，单孔平均涌水量37.8～34.7 m³/h，平均单孔注浆量331.7～259.9 t，注浆量与涌水量比值为8.8～7.5，单位面积注浆量0.46～0.76 t/m2。表明奥灰灰岩富水性强，岩溶发育，位于岩溶强径流条带，存在补给通道，为底板突水严重危险区（危险区）。

3.3 工程效果评价

（1） 突水系数评价。12070 工作面注浆改造前突水系数为0.084～0.10。钻探成果显示，注浆改造厚度为85.7～155.9 m，注浆改造后突水系数为0.035～0.064 MPa/m，突水系数均小于临界值0.1 MPa/m。

（2）检验孔评价。经过3 个轮次施工检验钻孔65 个，重点对物探异常区、出水量大或注浆量大的区域和工作面镶边钻孔施工区域进行注浆效果验证，最后一轮检验孔涌水量均小于10 m³/h（见表2）。

表2 12070 工作面检验钻孔成果表

（3）物探复查评价。经对地面和井下瞬变电磁勘探的低阻异常区进行钻探注浆，后期委托专业公司对工作面底板注浆进行了3 次瞬变电磁底板复查，均未发现异常，达到了探查注浆效果。

（4）回采验证。12070 工作面从2021 年2 月开始回采，平均推进度40 米/月，目前已安全回采至切眼南 457 m，未发生突水，工作面底板涌水量稳定在20 m3/h，保证了工作面安全回采，底板注浆改造效果得到充分验证。

4 结论

（1）经对钻孔水温、水压、涌水量和注浆量等水文地质信息进行分析，底板富水性与涌水量和注浆量呈正相关，反映了奥灰岩溶发育规律。

（2）通过对工作面底板危险性进行分析和工程注浆效果评价，工作面底板注浆效果显著，能够保证安全回采。