复杂地质条件下底板水害治理技术与研究.doc

复杂地质条件下底板水害治理技术与研究 张军戈ZHANGJun-ge曰郭超雷GUOChao-lei （河南能源集团鹤煤公司九矿，鹤壁458010） 摘要院鹤煤九矿+15皮带巷过F153断层及F979断层破碎带，导致巷道底板出水，进行出水原因分析后，采取了一系列措施，并介绍治理水害具体做法，对巷底进行了预埋槽钢打砼、注浆加固，对两帮壁后注浆堵水有效地控制了底板水害，消除了安全隐患，保证了矿井安全生产。 关键词院过断层带；水情分析；底板加固；壁后注浆 院TD745院A院1006-4311（xx）27-0105-02 0引言 我国华北地区煤矿下伏地层普遍存在奥陶系灰岩强含水层，煤矿在开采过程中经常受到陷落柱、大中型断层及其破碎带等影响，防治水工作难度高，稍有不慎轻则淹工作面，重则造成淹井事故，特别是复杂地质条件下，保证矿井安全开采，消除水害事故的发生，开展底板水害治理技术与研究工作势在必行。由于复杂地质条件下水害治理案例较少，特别是大断层、背斜、地垒、长破碎带、高压含水层等复杂地质条件下进行一系列水害治理技术国内几乎空白。在+15皮带巷出水段先对巷道掘进前方地质构造复杂地段进行物探，探明富水异常区；然后分析巷道水文地质条件及出水原因；最后对出水地段预埋底板槽钢、浇筑底板砼，进行壁后及底板综合注浆。 1巷道概况 河南能源鹤煤公司九矿+15皮带巷为矿技改工程项目，位于九矿+15水平地区。全长397m，巷道由二叠系二1煤层地区穿过F153断层及F979断层后进入石炭系一11煤地区。该巷道掘进期间将揭露F153断层，倾向114毅、倾角70毅，落差140耀300m；F979断层，倾向290毅、倾角85毅，落差5耀10m。巷道过断层破碎带长度可达125m。 xx年3月24日，巷道掘进距离+15新大巷贯通点约60m处，前进方向右手帮底板有水涌出，出水点距掘进头15m，距P29点47m处，初始水量为14m3/h，两天以后出水量逐渐稳定为65m3/h，造成巷道停掘，出水段成巷后，涌水集中表现在水沟侧底部，由于出水点处于断层带之间，距奥陶系灰岩含水层较近，为防止水害事故进一步扩大，必须对出水水源进行分析并采取治理措施。 2巷道水文地质简况及出水原因分析 2.1主要含水层 淤二1煤顶板砂岩含水层组：山西组二1煤顶板砂岩含水层（组）位于二1煤上8.61耀45m，三层厚度为26.65m，岩性为灰及深灰色中细粒砂岩，以石英、长石为主。二1煤顶板砂岩含水层为弱含水层，水量不大，易于疏干，该含水层对掘进影响不大。 于C3L8灰岩含水层组：太原群L8灰岩含水层位于二1煤下45耀56m，岩性为深灰色石灰岩，显晶质结构，具缝合线构造，含蜓科、腕足类、海百合茎化石，灰岩平均厚度为2.54m，属裂隙岩溶承压水，裂隙岩溶发育不均匀，由于我矿-420水平地区L8灰岩水已疏放，L8灰岩水静止水位已降到-420m以下，所以该含水层对掘进影响不大。 盂C3L2灰岩含水层：石炭系L2灰岩含水层，厚度为4.25耀6.94m，平均5.96m，属岩溶裂隙承压水，是一22煤的直接顶板充水含水层，上距二1煤层118.64耀146.57m，平均135.2m。开采下夹煤前，L2原始水位标高为161.06m，随着下夹煤逐渐开采，其水位随之降到依0以下，+15新大巷掘进期间穿过该含水层时出水量为10m3/h，目前该出水点已枯竭，预计该含水层对掘进影响不大。 榆O2灰岩含水层：奥陶系灰岩含水层厚约600m，属裂隙岩溶承压水，岩溶裂隙发育，富水性强，补给性好，九矿地区该含水层静止水位为+134m，通过断层带导水，对巷道掘进影响较大。 出水点处巷道地质剖面如图1。 2.2出水原因分析 +15皮带巷处于F153和F979断层带及两断层交叉部位，缩短了一22煤距O2灰岩含水层之间的距离，该含水层可能通过断层导水，根据剖面图分析，巷底距O2灰岩含水层距离为35耀40m，两断层带之间岩层为缓背斜、裂隙发育，局部破碎，这就增加了O2灰岩含水层出水的可能性。xx年1月九矿与中国矿大联合对该区段进行了瞬变电磁探测，并提交了瞬变电磁探测报告。报告显示：+15新大巷贯通点向里约50耀60m范围有一处相对低阻异常区，可能会出现少量涌水现象，但出现较大灾害性突水事故可能性不大。xx年3月24日，+15皮带巷底板出水后，提取了水样进行了化验，水质为碳酸钙镁型，与底板奥灰水水质相近，分析水源为奥灰水。 3底板水害治理 通过以上分析，水源主要底板下部O2水，通过断层带裂隙导入巷道，初始水量14m3/h，稳定后水量为65m3/h，水压较大，为1.2MPa。为防止水量进一步增大，造成水害事故，因此必须采取措施，具体治理措施如下： 3.1增加排水能力 将原来4吋风管改为排水管，并增加水泵台数及备用电源。由于出水时排水管为2吋，稳定涌水量为65m3/h，2吋管路已不能满足需要，把原先掘进期间用的4吋风管改为排水管用，又增加2台潜水泵及一台多级泵，使排水能力不低于80m3/h，并增加了一趟电源，构成双回路供电，防止单回路停电后巷道被淹。 3.2构筑底板砼 对出水点附近15m巷道底板进行浇筑砼加固，并预埋16#槽钢40根，横向与斜拉槽钢各20根。预埋槽钢伸入底板帮壁，每帮不小于300mm。槽钢间距300mm，横向槽钢单根长3.9m，斜拉槽钢4.5m，巷宽为3.2m。在施工中先铺设横向，再铺设斜拉槽钢，横向与斜拉槽钢夹角为32毅，槽钢下部混凝土不少于200mm，并预埋孔口管108mm伊1.0m5根，沿巷道中心孔间距3.0m，水平角45毅，作为后期套孔注浆用，单孔设计孔深8.0m（钻孔与底板铅垂距5.6m，确保加固工作面底板5耀6m范围），在浇筑时进行安置、预埋。浇筑混凝土应一次浇筑完毕，底板水集中涌出处，由注浆公司专业人员进行了预埋导水管（椎50mm*1.0m），导水管可作为后期注浆孔使用。底板混凝土使用42.5级水泥，强度不低于C30，浇筑混凝土厚度不低于600mm，使用混凝土约40m3。底板混凝土浇筑完毕后，等凝7天，再进行下一步钻注施工。 3.3注浆堵水施工 按照设计工序，选用QDZ100风动潜孔钻机，配90mm金刚石复合片钻头对全部11个钻孔进行钻注施工，出水侧壁后4个，对帮壁后2个，巷底板预埋孔5个。对壁后钻机造孔注浆分3步进行，首次进行两帮壁后的16#开孔各预埋孔口管4m后，再进行单孔4.5m（超出孔口管0.5m）的压水试验，对孔口管的可靠性进行检校，压水不小于4.5MPa。安装防突水装置后，单孔钻进10m进行注浆施工，6个钻孔全部完成后，并且达到设计注浆压力后。按照钻注顺序逐一钻注至终孔15.0m，而后对7耀11#孔分4步进行，在单孔1.5m、2.5m、3.5m进行了循序渐进的下行方式钻注施工，有效对底板围岩及孔口管进行了加固，最终7耀11#孔钻进终孔8.0m，在钻进过程中单孔涌水量均为3耀5m3/h。 注浆用KBY-50/70双液注浆泵，水泥选用42.5级普通硅酸盐水泥、水玻璃取模数2.838Be忆将水泥浆搅拌均匀后，与水玻璃分别通过二趟（椎25mm）高压输浆管路，浆液经混合室送至受注孔内。注浆以双液浆为辅，单液浆为主。先对出水较大的预埋孔口管作为受注孔进行注浆，其它孔窜浆应及时关闭窜浆孔阀门，并达到设计注浆压力作为该孔注浆结束的标准。未窜浆孔单独注浆，直至达到设计注浆压力。受注孔在注浆中，巷壁上无跑浆现象，并达到设计注浆终压、终量作为该孔注浆结束的标准（钻机孔注浆压力达到4.0MPa），注浆终量不大于10L/min，持续时间不少于15min。11个孔累计注入42.5级普通硅酸盐水泥60t，38Be水玻璃10t，该工程于xx年5月20日竣工。 4结语 采取上述措施后，xx年5月21日经鹤煤公司地测部、鹤煤九矿、富昌公司注浆队联合对施工工程进行了验收。一致认为，该工程通过对巷道底板加固、壁后注浆、封堵来水通道