屯蘭礦南翼下組煤膠帶巷土地溝斷層破碎帶防治水方案

王豐旺 張 偉

(西山煤電集團有限責任公司屯蘭礦，山西省古交市，030206)

隨著我國煤礦開采深度的增加，所面臨的地質條件也越來越復雜。當礦井穿過斷層破碎帶時，通常會造成突水淹井事故，嚴重威脅著煤礦的安全和高效生產。在斷層破碎帶處，高壓富水層是導致突水事故的主要因素。一般認為通過注漿封堵導水通道是最為有效的防治水措施。李玉祥等提出了改進注漿施工方法，為立井施工穿過含水層的注漿提供了值得借鑒的經驗；蘇曉建等通過試驗分散制漿機、三級止水套管、復式固管法等新型注漿工藝，大幅度提高了注漿效果；楊成立等通過采用工作面預注漿和壁后注漿相結合的方法封堵涌水，可大幅度降低立井井筒的總涌水量；鄒光華等選用新研制的高效聚亞胺樹脂注漿加固材料對含水斷層破碎帶進行了注漿加固，顯著提高了破碎帶的力學性能和隔水性能。由此可知對斷層破碎帶進行注漿封堵是防治礦井水害的有效措施。本文針對屯蘭礦南翼下組煤膠帶巷掘進前方將揭露土地溝斷層，采用底板注漿加固，有效封堵斷層帶及斷層引起的潛在垂向導水通道，從根本上杜絕底板奧灰水害威脅。

1 概況

西山煤電(集團)公司屯蘭礦南翼下組煤膠帶巷位于南六回風井附近，地面標高1041～1087 m，蓋山厚度384～407 m。主要含水層為奧陶系灰巖含水層，該區奧灰含水層富水性中等，奧灰水混合水位靜水位標高為860 m，膠帶巷底板標高670～680 m，水壓1.80～1.90 MPa，南翼下組煤膠帶巷掘進前方將揭露土地溝斷層，該斷層在南六回風巷揭露落差為90 m，從結構面性質看應力為壓扭性正斷層，呈階梯狀成組出現，單條斷裂帶不寬，一般1.5～3.5 m，多條階梯狀正斷層組合而成。為防止斷層在水壓和礦壓的共同作用下導致斷層活化，致使南翼下組煤膠帶巷發生滯后突水，需對斷層進行全面注漿加固治理。通過底板注漿加固，有效封堵斷層帶及斷層引起的潛在垂向導水通道，從根本上杜絕底板奧灰水害，保障巷道安全通過。

2 水文地質情況

2.1 南翼下組煤回風巷揭露土地溝斷層情況

南翼下組煤回風巷過土地溝斷層段奧灰水混合水位靜水位標高為860 m，回風巷底板標高692.3 m，水壓1.677 MPa，土地溝斷層下盤及破碎帶突水系數為0.040 MPa/m。土地溝斷層在該巷道揭露落差為90 m，該斷層從結構面性質看應為壓扭性正斷層，呈階梯狀成組出現，單條斷裂帶不寬，一般1.5～3.5 m，多條階梯狀正斷層組合而成，巖層較為破碎，裂隙發育，破碎帶以煤屑和砂巖充填，鏡面擦痕明顯，下盤有明顯牽引，錨索及錨桿孔有少量淋滴水現象，經化驗水質類型為砂巖裂隙水。

2.2 南翼下組煤膠帶巷斷層處奧灰峰峰組富水性評價

膠帶巷全區帶壓，主要含水層為奧陶系灰巖含水層，該區奧灰含水層富水性中等，奧灰水混合水位靜水位標高為860 m，膠帶巷底板標高670～680 m，水壓1.80～1.90 MPa，土地溝斷層下盤段及破碎帶突水系數0.0629～0.0643 MPa/m，上盤段突水系數0.0237～0.0257 MPa/m。

該區單位涌水量小于0.1 L/(s·m)，古交礦區峰峰組不存在強徑流帶，古交斷層以南屬地下水滯留區，峰峰組埋深由北向南逐漸增大，鉆孔單位涌水量由北向南逐漸減小，峰峰組富水性隨埋深的增加逐漸減弱。南翼下組煤膠帶巷蓋山厚度約407 m，鄰近GS-11號水文孔，該區峰峰組埋深較深，約518 m。GS-11號水文孔于2003年分別對峰峰組與上馬家溝組做放水試驗：峰峰組單位涌水量為0.0087 L/(s·m)，上馬家溝組單位涌水量為0.289 L/(s·m)，數據顯示該區峰峰組地層巖溶不發育，為弱富水性，上馬家溝組巖溶發育，為中等富水性。現計劃施工的南翼下組煤膠帶機巷斷層下盤距奧灰峰峰組頂界面為35 m，該區峰峰組厚約110.56 m。

2.3 土地溝斷層賦水性探測情況

南翼下組煤回風巷施工過程中對土地溝斷層施工8個探測鉆孔，鉆孔均穿過斷層破碎帶，未發現異常出水現象，同時在停頭采用YCS-160和Protem兩種瞬變電磁儀對斷層賦水性進行探測，僅局部視電阻率略低，判斷為巖層局部(順層方向、順層偏底板方向45°)弱含水引起，如圖1所示。

圖1 斷層富水性探測成果圖

南翼下組煤回風巷穿過斷層破碎帶時也未出現出水現象，因此結合物探、鉆探及南翼下組煤回風巷揭露斷層情況分析，南翼下組煤膠帶巷揭露土地溝斷層時，其破碎帶發生出水的可能性較小。但由于該段巷道與奧灰間距較近，且為構造破壞帶，為防止斷層滯后出水，特制定南翼下組煤膠帶巷過土地溝斷層防治水方案。

3 過土地溝斷層防治水方案

3.1 施工前預注漿

施工前對土地溝破碎帶進行預注漿，使巷道周圍至少20 m范圍內形成帷幕，本次預注漿鉆孔施工鉆機為ZDY3500L全液壓坑道鉆機，注漿泵為ZBYS-40/12.5-18.5軸向柱塞泵，由于破碎帶充填壓實情況不明，暫按照5～10 m擴散半徑設計，注漿過程中漿液需先稀后稠，一個孔注漿2～3次。

巷道底板注漿加固鉆孔設計三排，第一排鉆孔位于斷層下盤與奧灰交界面外側10 m，第二排位于斷層下盤與奧灰交界面處，第三排鉆孔位于斷層下盤與奧灰交界面以里20 m。每排左、右側鉆孔控制巷道輪廓線以外15 m，鉆孔間距15 m，每排設計鉆孔3個。第一排、第二排鉆孔終孔深度以進入峰峰組灰巖10 m為宜，鉆孔垂直深度45 m，第三排鉆孔垂直深度40 m。本次注漿鉆孔布置圖和剖面圖如圖2所示，鉆孔參數列于表1。

圖2 注漿孔布置圖

孔號位置方位角/(°)傾角/(°)孔深/m套管/m127 mm108 mm89 mmZ1-1停頭向外27 m143-34642630Z1-2停頭向外27 m127-34662630Z1-3停頭向外27 m160-34662630Z2-1停頭向外17 m143-34642630Z2-2停頭向外17 m127-34662630Z2-3停頭向外17 m160-34662630Z3-1停頭向外7 m143-34642630Z3-2停頭向外7 m127-34662630Z3-3停頭向外7 m160-34662630合計5881854270

為提高注漿抗壓強度，增加漿液的結石率，水泥選用新鮮的Po42.5普通硅酸水泥或XPM型納米灌注劑；為減少漿液的流失，增加抗壓效果，在出現跑漿時使用水泥或XPM型納米灌注劑——水玻璃雙液漿封堵。水玻璃選用3.0～3.2模數，波美度40～45。主要以單液為主，雙漿為輔，準備鋸末等注漿骨料在空隙較大時使用。水灰比為1∶0.6至1∶1；水泥漿或XPM型納米灌注劑和水玻璃比分別為1∶0.8和1∶0.5，可以根據施工情況進行現場調整配比。

3.2 壁后注漿

施工過程中如發現圍巖或頂底板有滲水現象，需及時停掘，施工注漿孔，對巷道進行二次注漿，及時封堵涌水通道；如施工過程中無出水，巷道快速掘進過土地溝斷層破碎帶后20 m時，停止掘進，對土地溝斷層破碎帶及前后20 m范圍進行砌碹，并對該段進行壁后注漿。

4 結論

屯蘭礦南翼下組煤膠帶巷掘進前方將揭露土地溝斷層，為防止斷層在水壓和礦壓的共同作用下導致斷層活化，致使南翼下組煤膠帶巷發生滯后突水。本論文采用全面注漿加固治理對土地溝破碎帶進行預注漿，使巷道周圍至少20 m范圍內形成帷幕。對巷道底板注漿加固鉆孔設計了三排，以確保封堵斷層帶及斷層引起的潛在垂向導水通道，從而杜絕底板奧灰水害，保障巷道安全通過。