底分層工作面防治水治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究獲獎科研報(bào)告摘

要：我礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜，受承壓含水層影響嚴(yán)重，因開采條件限制，開采底分層成為緩解礦井接替的唯一方法，在構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域底分層工作面如何有效開展防治水工作，確保工作面安全回采，特制定本底分層防治水技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：底分層;防治水;技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

一、底分層工作面概況

我礦首個(gè)底分層工作面位于盤區(qū)東部，標(biāo)高-546.6～-619.5m，工作面上順槽長2110m，下順槽長2145m，寬140m。

工作面切眼東南約115～144m為F18斷層（H=730m），對盤新生界地層與本盤含水層對接。根據(jù)精細(xì)三維地震資料顯示，切眼以南地質(zhì)條件復(fù)雜，多條斷層交錯發(fā)育。

二、水文地質(zhì)情況分析

據(jù)礦井生產(chǎn)過程中實(shí)際揭露的水文地質(zhì)資料，礦井受承壓含水層影響，自下而上敘述為：O2灰?guī)r含水層，厚度大于400m，該含水層頂距二1煤層底約128.4m，正常情況不影響煤層開采，斷裂溝通情況下對礦井威脅大;L2灰?guī)r含水層，平均厚度12.42m，巖溶裂隙發(fā)育，屬強(qiáng)富水性含水層，上距二1煤層平均93m。在地層完整區(qū)域不會對工作面回采造成影響，但在構(gòu)造破碎帶需對該含水層進(jìn)行注漿加固;L8灰?guī)r含水層，平均厚度8.77m，為二1煤層主要充水含水層，上距二1煤層平均27.58m。由于工作面內(nèi)二1煤層與L8灰?guī)r含水層之間隔水層較薄，L8灰?guī)r水突水系數(shù)大于突水臨界值0.1MPa/m，存在突水威脅。

三、頂分層工作面治理情況

工作面底板注漿加固深度為二1煤層底板下85m，完成情況如下：頂分層工作面布置鉆場42個(gè)，施工鉆孔504個(gè)，累計(jì)鉆進(jìn)進(jìn)尺82530m，鉆孔總出水量為2495.44m3/h，累計(jì)注水泥干料10194.39t，粘土干料7892.69t。

四、底分層水害治理工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（一）鉆場布置原則

1.在頂板較為完整，支護(hù)牢固可靠，能保證施工人員的安全，遠(yuǎn)離老空、老巷、斷層帶;

2.能滿足按設(shè)計(jì)注漿孔的方位、傾角施工的要求;

3.鉆場內(nèi)設(shè)置泵坑，能保證正常排水，自然擴(kuò)散通風(fēng)。

（二）鉆孔布置原則

1.以頂分層工作面水文情況為依據(jù)，對工作面以外30m范圍內(nèi)進(jìn)行底板全面注漿加固。單孔出水量不超10m3/h，將不再增加檢驗(yàn)鉆孔，如鉆孔出水量較大，則補(bǔ)加鉆孔進(jìn)行二次驗(yàn)證。

2.對頂分層工作面底板進(jìn)行布孔驗(yàn)證，對富水區(qū)及斷層附近施工3～5個(gè)效果檢驗(yàn)鉆孔，如鉆孔出水量大于10m3/h，需進(jìn)行再次補(bǔ)孔驗(yàn)證。

3.底分層施工總鉆孔數(shù)量不能低于頂分層總鉆孔數(shù)量的三分之一。

（三）鉆孔深度確定

根據(jù)礦井以往實(shí)際鉆孔揭露資料顯示，在二1煤底板下垂距約85m有一層中粒砂巖，成分以石英為主，分選性較差，富水性較強(qiáng)，是L2灰?guī)r向L8灰?guī)r充水的間接充水含水層。結(jié)合礦井以往工作面底板注漿加固及改造含水層工程實(shí)際情況分析，該中粒砂巖含水層注漿及改造后，有效降低L2灰?guī)r含水層突水威脅。

（四）設(shè)計(jì)終孔注漿壓力

根據(jù)要求，鉆孔終孔注漿壓力應(yīng)達(dá)到水壓的1.5～2.0倍，即：（1.5～2.0）×6.4MPa=9.6～12.8MPa。本工作面注漿孔設(shè)計(jì)終孔壓力規(guī)定為15MPa。

（五）鉆孔施工順序

1.單個(gè)鉆場鉆孔施工順序

工作面鉆場包括正注漿的鉆孔在內(nèi)，允許同時(shí)施工的鉆孔個(gè)數(shù)最多為3個(gè)，同時(shí)注漿的鉆孔最多為2個(gè)。而且施工時(shí)必須先施工完奇（偶）數(shù)孔再開偶（奇）數(shù)孔。

2.相鄰鉆場鉆孔施工順序

若相鄰鉆場不是同時(shí)施工的，則必須根據(jù)正施工鉆孔來確定相鄰新鉆場開孔孔號，原則上兩個(gè)鉆場同時(shí)施工的鉆孔終孔位置相距不得小于60m，避免兩鉆孔出現(xiàn)對打或近對打，從而導(dǎo)致互相竄漿、漿液擠壓致使?？住U孔的現(xiàn)象發(fā)生。

（六）注漿材料及參數(shù)選取

以粘土水泥混合漿為主，同時(shí)根據(jù)鉆孔實(shí)際揭露水文地質(zhì)情況可適當(dāng)增加少量輔料，提高注漿效果。

1.粘土：是粘土水泥漿的主劑，通常占干料的80%左右，粘土的塑性指數(shù)為7～15。

2.水泥：對凝膠體起結(jié)構(gòu)成形作用，通常地面采用P·O42.5和井下采用P·C·S32.5水泥，占漿液干料的10～30%，一般20%左右。

3.輔料：是裂隙充填物質(zhì)，阻止粘土水泥從注漿孔附近的突水點(diǎn)泄露，一般用鋸沫、海帶絲或大豆等，使用量根據(jù)漿液泄露情況而定，一般泄露量大于注入量的20%時(shí)可以用輔料。

4.漿液參數(shù)：注漿參數(shù)的選擇視單孔涌水量及巖溶發(fā)育程度而定。粘土漿比重1.10～1.18，含砂率小于5%;粘土水泥漿的粘度為25～40Pa.s，比重1.12～1.18，一般是先稀后稠再稀。

（七）結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

1.單孔標(biāo)準(zhǔn)

①要求所有底板加固鉆孔復(fù)孔次數(shù)不少于1次，且滿足復(fù)孔水量小于0.5m3/h。

②設(shè)計(jì)注漿終壓為15MPa，井下注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，泵量為34L/min，并穩(wěn)壓30min以上，可結(jié)束注漿。

2.工程結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

①鉆孔多次注漿后，最后復(fù)孔水量小于10m3/h，且壓水至15MPa。

②鉆孔封孔使用P·O42.5R的普通硅酸鹽水泥漿純水泥漿，水灰重量比1：1.48（比重1.65t/m3），以返漿封孔的方式進(jìn)行封孔，所有鉆孔均要求封閉嚴(yán)實(shí)。

五、我礦底分層工作面防治水工程實(shí)踐

（一）按標(biāo)準(zhǔn)對工作面進(jìn)行設(shè)計(jì)

以頂分層工作面切眼水文情況為依據(jù)，對底分層工作面切眼以外50m范圍內(nèi)進(jìn)行底板全面注漿加固，平均每個(gè)鉆場7～8個(gè)鉆孔。單孔出水量不超10m3/h，將不再增加檢驗(yàn)鉆孔，如鉆孔出水量較大，則補(bǔ)加鉆孔進(jìn)行二次驗(yàn)證。對底分層工作面采空區(qū)底板進(jìn)行布孔驗(yàn)證，1～8鉆場平均每個(gè)鉆場布置2～5個(gè)效果檢驗(yàn)鉆孔，富水區(qū)附近及斷層附近鉆場施工3～5個(gè)效果檢驗(yàn)鉆孔，如鉆孔出水量大于10m3/h，需進(jìn)行再次補(bǔ)孔驗(yàn)證。

（二）底分層工作面防治水工程效果

底分層工作面共施工鉆