非导水断层的提前加固处理消除滞后出水威胁

苗旺

（冀中股份公司东庞矿，河北 邢台 054000）

1 概 况

东庞矿2225 回采工作面主要开采2 号煤，其煤层底板标高-200—-340 m，走向长度657.4～678.3 m，倾斜长40.1～94.0 m。根据《煤矿防治水细则》要求，工作面回采前应当查清采煤工作面及周边老空水、含水层富水性和断层、陷落柱含（导）水性等情况；发现断层、裂隙或者陷落柱等构造充水的，应当采取注浆加固或者留设防隔水煤（岩）柱等安全措施，否则不得回采。

东庞矿2225 工作面轨道巷靠近F3 断层，皮带巷靠近F5、F10 断层，3 个断层在工作面附近的2条主要运输大巷均有揭露。断层在巷道揭露位置均不导水。2225 工作面皮带巷位于F10 和F5 断层上盘，由于断层落差较大受断层下盘抬升影响，2 号煤与奥灰间距变小。为保证2225 工作面安全回采，防止回采工程对地层的扰动引起滞后出水，需要对断层构造的地段进行探查，精准控制断层产状并对断层影响区域进行注浆加固，以及对注浆效果进行检查，排除滞后出水的威胁。

2 水文地质条件分析

2.1 顶板砂岩裂隙含水层

2225 工作面直接顶为粉砂岩，厚度为7.53 m。2 号煤顶板砂岩裂隙含水层水为工作面直接充水水源之一，该含水层为弱含水层，以静储量为主，补给差，生产过程中主要以滴淋水形式出现，对生产影响较小。

2.2 底板野青灰岩、砂岩岩溶裂隙含水层组

2225 工作面底板为细砂岩，野青灰岩、砂岩岩溶裂隙含水层组为工作面直接充水水源之一，该含水层组富水性弱，主要以静储量为主，掘进过程中已对该含水层组进行探查，只在含水层底部存在局部破碎区；回采前进行的综合物探在该含水层组圈定了2 处异常区，后经钻探验证异常区均不富水，排除了异常区含水异常，对回采无影响。

2.3 地面钻孔

2225 工作面范围内及附近有VI-5、水3、13三个地面钻孔，钻孔均为封孔良好钻孔，对工作面掘进无影响。

2.4 地表水及冲积层水

2225 工作面范围内及周边地表无河流、积水区，冲积层（第四系）厚度在182～186 m。冲积层与2 号煤之间隔水层隔水性能良好，可阻隔冲积层水和地表水、大气降水向煤系含水层的直接补给，因此地表及冲积层水对工作面回采无影响。

2.5 断层

钻孔资料显示，该区域2 号煤距奥灰顶面距离为171.36～208.26 m，无导水构造时对工作面回采不构成威胁。2225 工作面附近落差较大的F3、F5、F10 断层均不导水。工作面轨道巷靠近F3 断层，位于断层下盘（上升盘），F3 为实际揭露断层。根据2 条运输大巷实际揭露，F3 断层落差约为50 m，断层在揭露位置均不导水；掘进中对该断层导水性进行了探查，根据探查结果分析该断层不导水，对工作面回采不构成威胁。工作面皮带巷靠近F5、F10 断层，在工作面附近2 条运输大巷均有揭露。断层在巷道揭露位置均不导水，工作面位于断层上盘（下降盘），F10 断层落差为46～85 m，F5 断层落成为60～70 m，根据巷道实际揭露情况及钻探成果资料，巷道揭露断层位置及钻探探测范围内断层均不导水。

但这些断层落差较大，使工作面与奥灰水之间的有效隔水层厚度降低，故为了避免底板受回采扰动影响使断层导水性发生变化，回采前对断层影响区域进行注浆加固。断层位置产状如图1 所示。

图1 断层位置产状Fig.1 Fault location occurrence

2.6 老空水

工作面附近无老空水，不受老空水威胁。

3 工作面突水系数

根据《煤矿防治水细则》附录五，突水系数计算公式：

式中：T 为突水系数，MPa/m，注浆加固底板结束后采煤工作面突水系数不得大于0.1 MPa/m；P 为底板隔水层承受的水头压力；M 为底板隔水层厚度。

2225 工作面2 号煤底板标高-200—-340 m，2号煤至奥灰顶面隔水层厚度为171.36～208.26 m，平均189.81 m。按近奥灰近3 a 最高水位+69.76 m计算，底板隔水层承受水压值为4.51～5.9 MPa，则工作面突水系数为0.024～0.031 MPa/m。

2225 工作面皮带巷位于F10 和F5 断层上盘，由于断层落差较大受断层下盘抬升影响2 号煤与奥灰间距变小。根据《煤矿防治水细则》要求，突水系数一般情况下，底板受构造破坏的地段按0.06 MPa/m 计算，隔水层完整无断裂构造破坏的地段按0.1 MPa/m 计算。通过计算受断层影响该区域底板隔水层厚度为69 m，底板隔水层水压取3.32～4.7 MPa，奥灰水位取近3 a 最高水位+69.76 m，将数值代入公式计算得出突水系数为0.049～0.069 MPa/m，表明部分区域处于0.06 MPa/m 以下。

为保证2225 工作面安全回采，需注浆改造受断层影响破碎带、裂隙发育地段为完整地段，提高隔水层完整性，增强阻水性能，增加隔水层厚度。

4 断层加固处理的具体技术措施及其实施重点

4.1 断层探查加固技术措施

钻孔在皮带巷施工，加固范围为自停采线外推60 m 至切眼外侧60 m 范围，浆液扩散半径按不大于15 m 计算，钻孔的终孔间距不大于30 m，在皮带巷每隔30 m 左右设计施工1 组（2 个）断层探查钻孔，钻孔与巷道夹角30°～45°，钻孔均穿过F10 和F5 断层，终孔在F5 断层下盘，底板的深度满足突水系数不大于0.1 MPa/m 的要求。断层的加固钻孔终孔垂向深度为2 号煤层底板以下32～45 m 的层位，如图2 所示。

图2 断层加固深度示意Fig.2 Fault reinforcement depth

后期对单孔涌水量大于5 m3/h 钻孔附近施工检查孔，检查孔的布置要考虑不同深度加固效果、裂隙发育方向等因素合理布孔，检查孔的数量不少于注浆孔的20%～30%。

4.2 探查加固钻孔注浆要求

（1）钻孔钻进将先后穿过F10 和F5 断层，钻孔在每次穿过断层后，需要对断层破碎带进行1次注浆加固。注浆之前先进行压水试验，若断层破碎带可注，则要对其进行注浆，若不可注则继续钻进；如果钻进过程中涌水量大于5 m3/h，则停止钻进，进行注浆。其他情况下水量大于5 m3/h 视为可注钻孔，水量小于5 m3/h 进行压水试验确定钻孔可注性及水泥浆配比。

（2）浆液配比应遵循由稀到浓的原则，逐级改变，初始浆液浓度一般控制在水灰比3∶1，压力稳定后可根据注浆实际情况，根据需要将水灰比逐渐提高。

（3）单孔注浆结束标准。注浆终压为孔口水压的1.5 倍，达到设计注浆终压。注浆结束，注浆工作结束后，必须对注浆孔予以封闭。

（4）当注浆压力保持不变，吸浆量均匀减少时，或吸浆量不变，压力均匀升高时，注浆工作应该持续下去，一般不得改变水灰比。

（5）一般注浆工作必须连续进行，直至结束。当注浆孔段已经用到最大浓度的浆液，吸浆量仍然很大，不见减少，孔口压力无明显上升或发生底鼓及底板裂隙漏浆时，采用间歇式注浆；间歇性注浆仍然出现吸浆量不减、压力不升的情况下可以考虑添加速凝剂、木屑、刨花等骨料。

4.3 断层探查加固施工效果

针对2225 工作面受断层影响区域，回采前在工作面皮带巷共设计施工了62 个加固探查孔，针对加固探查钻孔注浆效果检验共计施工了15 个检查孔，对F10 和F5 断层导水性进行了全面探查和注浆加固。根据钻探成果资料，在探查范围内F10和F5 断层不导水。部分钻孔揭露奥灰层位时有出水情况，说明部分奥灰段含水层较丰富。所有钻孔均按要求进行了验收，并对要求测斜钻孔进行了测斜，测斜结果均满足要求，保证了钻孔质量。

通过在皮带巷施工的探查加固钻孔，对工作面皮带巷外侧F10 和F5 断层的导水性和受断层影响的破碎带、裂隙发育地段进行了注浆加固。根据钻探成果资料，共有8 个钻孔出水量大于5 m3/h，水压2.6～3.7 MPa，共注浆60.27 t，水灰比6∶1，注浆终压6 MPa。针对出水钻孔按规定将6 个检查孔布置在其附近进行注浆效果检验，其中5 个检查孔出水量均小于5 m3/h，注浆9.85 t；仅1 个检查孔出水20 m3/h，水压3.8 MPa，注浆3 t，注浆终压6 MPa。后为检查其注浆效果，补充施工另一检查孔，出水量3 m3/h。同时也对破碎带、裂隙发育地段进行了注浆加固，提高隔水层完整性，增强其阻水性能，增加隔水层厚度。

5 结语

对东庞矿2225 工作面附近存在落差较大且具有可能成为滞后出水通道的断层导（含）水性提前进行探查治理，采取有效手段，排除了回采中、回采后发生滞后出水的隐患，达到了水害隐患治理的目的，满足了煤矿防治水工作要求。