汾源煤業首采工作面底板注漿施工及效果評價

姚建偉

【摘 要】汾源煤業作為霍州煤電集團的第一個底板注漿加固工作面，其底板注漿加固效果的評價方法對后續工程具有示范作用。通過分析首采工作面水文地質條件、確定注漿工程的施工方案、實施工程施工方案和注漿效果綜合評價，保證了該礦首采工作面能夠安全回采。首采工作面底板注漿加固（改造）綜合技術可以為礦井后續工作面的安全開采提供工程示范。

【關鍵詞】注漿加固；底板承壓水；注漿效果評價；礦井防治水

0 序言

汾源煤業首采工作面底板注漿項目作為山西焦煤第一家進行奧灰承壓水底板加固改造項目，晉北公司和礦方尤為重視。為做好首采面底板注漿加固改造工作，2013年6月集團公司防治水中心對首采面進行了坑透、瞬變電磁法、直流電法物探工作。根據物探結果西安研究院編制了《首采面底板注漿加固與改造方案》；過去一直采用“工程需求——工程招標——工程施工——工程驗收——隊伍撤離”的工程外包模式，工程完成后礦方除了得到一個完整的工程之外，礦方工程技術管理人員對工程施工技術和工程管理模式沒有真正掌握，礦方施工工人也不能熟練實踐施工設備的操作流程和工程施工技巧。結合汾源煤業的實際情況，基于“授人以魚，不如授之以漁”工程管理理念，集團公司從大局出發提出了“掌握底板奧灰水富水特性、學習底板注漿加固技術、培養底板注漿加固施工隊伍”的工程管理模式。

1 工程項目主要實施方案

經過前期論證，汾源煤業有限公司首采5-101工作面底板奧灰承壓水上安全開采開展綜合技術研究和示范工程，形成了采用摸清水文地質規律→掌握處理技術→學會施工管理→練就施工隊伍的科研工作思路，設計了如下施工組織方案：①整體方案應該結合礦井的實際采礦工程地質條件，從采礦的角度出發，找出采后圍巖影響破壞的范圍；②方案需要補充底板隔水層連通性試驗，找出底板所有富水巖層的水力聯系，為第三階段底板隔水層加固提供技術參數；③目前方案設計需要補充首采工作面上巷附近鉆注空白“三角區”補注方案，確保首采工作面的底板加固（改造）的全覆蓋，另對構造重點區域需要加強鉆孔注漿；④施工過程中加強注漿漿液擴散半徑的考察，回采過程中密切觀測底板破壞深度的考察；⑤和礦方結合，制定完善的開采5#煤層防治水應急預案。

2 工程項目實施過程

項目承擔單位工程施工隊伍自2013年11月份進入汾源煤業工程施工以來，共投入新鉆機3部、注漿泵3部、雙液注漿泵2部、注漿用管材若干，現場常駐技術管理人員6人，施工技術人員和工人28人。根據專家所提出的意見，在2、3號鉆場各增加了一個補助孔對構造重點區域加強鉆孔注漿，同時在首采工作面上巷設計了三個鉆場，共增加了6個補鉆對上巷附近空白“三角區”進行補注，這6個補鉆孔主要是根據2014年2月23號的直流電法物探結果及分析設計的，勘探范圍內5-1012巷底板附近存在2個低阻異常區，由里往外依次標記為DS1和DS2，分別位于切眼往外0-127m和170-260m段，DS1區域內低阻異常區深度達到55m，而DS2區域內低阻異常區深度為45m，且5-1012巷底板在這范圍內不存在構造，水泥漿的擴散范圍大致為30m，同時考慮打鉆需要平整的地帶，所以在離切眼33m、96m和208m處布置鉆場。按照設計要求，工作面在1、2和3號鉆場共布置鉆孔47個，后根據項目論證專家所提出的意見，在2、3號鉆場各增加了一個補助孔對構造重點區域加強鉆孔注漿，同時在首采工作面上巷設計了三個鉆場，共增加了6個補鉆對上巷附近空白“三角區”進行補注，總共55個鉆孔。

完成了工作面前250m（1、2和3號鉆場）底板注漿加固改造工作，共施工鉆孔55個，總進尺5407.5m，總注漿量9106.75t，一級套管共250m，二級套管共971m。

3 注漿效果評價

根據底板注漿加固工程的具體情況和礦井水文地質等實際資料，認真總結分析，依據國家相關法律、法規和行業規范，采用注漿量分布特征法、涌水量對比法、檢查孔觀察法、檢查孔取芯法和物探法對底板注漿加固效果進行評價，得到以下結論：

1）1號鉆場注漿量4210.4t，2號鉆場注漿量2285t，3號鉆場注漿量2611.35t，注漿量共計9106.75t。采用注漿量分布特征法、涌水量對比法對注漿效果進行分析表明：底板注漿加固改造過程中前期鉆孔的涌水量和注漿量基本上比較大，后期鉆孔的涌水量和注漿量有明顯的減少，說明底板注漿加固改造效果明顯，注漿加固效果比較理想。

2）采用瞬變電磁和直流電法分別對注漿前、中、后三個階段的底板進行探測，以檢測底板注漿加固效果。根據物探結果、結論以及注漿前后物探結果的對比分析表明：注漿前5-101工作面底板巖層富水性較強，存在多個低阻異常區，區域范圍大，且導高比較大，工作面回采過程中部分區域存在突水危險，應當采取防治水對應措施；注漿后5-101工作面底板巖層富水性大大減弱，僅有2個低阻異常區，且范圍大大減小，導高也明顯減小，底板的完整性和強度得到加強，說明底板注漿加固改造效果明顯，注漿加固改造質量合格。

3）根據底板注漿加固改造過程中各鉆孔出水情況分析可知，5號煤層與奧灰巖之間總共有三層含水層，且F3、F4和F5斷層與奧陶系灰巖含水層有貫通，為導水斷層。在底板注漿加固改造工程完成后，通過施工檢查孔，采用檢查孔觀察法和檢查孔取芯法檢測底板注漿加固改造效果，在施工檢查孔過程中，檢查孔完整成孔，沒有出現塌孔現象，都是在接近或進入奧灰層才有少量出水。結果表明：經過底板注漿加固后，5號煤層與奧灰巖之間的三層含水層和F3、F4、F5導水斷層已經被漿液填充改造為隔水層和不導水斷層，破碎帶得到加固，底板完整性得到改善，消除了底板的垂向導水通道，增加了底板的有效隔水厚度和巖層剛性強度，注漿加固效果比較理想。

通過采用多種方法對底板注漿加固效果的評價表明：底板注漿加固改造效果比較理想，注漿質量合格，達到了設計要求和目的，可保證礦井的安全生產。

4 結論

1）根據水文地質條件分析，做出了汾源煤業首采工作面的底板注漿加固（改造）現場實施方案，并且根據方案開展了底板注漿加固（改造）工程。

2）通過采用多種方法對底板注漿加固效果的評價表明：底板注漿加固改造效果比較理想，注漿質量合格，達到了設計要求和目的，可保證礦井的安全生產。

3）首采工作面底板注漿加固（改造）形成的綜合技術可以為礦井后續工作面的安全開采提供工程示范。

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[責任編輯：王楠]