辛置煤礦注漿堵水中軟體骨料的實踐

王克勤

（霍州煤電集團有限責任公司辛置煤礦，山西 霍州 031400）

辛置煤礦21001工作面11#突水點位于21采區，之前涌水量穩定在300m3/h，8月6日10時30分涌水量突然增大至600m3/h，必須進行治理。

1 水文地質條件

辛置煤礦屬水文地質條件復雜礦井，煤田含水層組有四組，影響井田的為上石炭系太原統石灰巖含水層組，在這一含水層組中有八個含水層，其中第8層石灰巖（簡稱L8）含水層對本煤田2煤層有直接影響。含水層平均厚度7.4 m，距2煤層底板約20m，其補給水源來自北部山區降水補給，水量補給充沛，水頭壓力大，建礦以來曾多次發生突水淹井或淹面，給礦井生產帶來嚴重的水害威脅。

2 突水原因分析

霍州礦區斷裂帶往往膠結較好，并充填斷層泥、角礫巖等，一般不透水，形成含水層與煤層間相對穩定的“屏障”。在巷道穿過斷層帶進入另一盤含水層時，受掘進圍巖礦壓擾動導致巷道突水，也有的斷層裂隙發育導水，當巷道掘進揭露后，立即引起突水。

21001 工作面11#突水點標高為-31.4m，2001年3月L8水位標高為+58.55m，水壓為0.89MPa（目前L8水位標高為+0m，水壓為0.31MPa），局部L8灰巖含水層厚度為8.5m左右。突水巷道距萬6斷層18m（萬6斷層落差為24m）。L8灰巖含水層與2煤層直接接觸。

突水點突水原因：（1）掘進時L8灰巖含水層水壓較高（0.89MPa），地下水補給徑流充沛，是較好的充水水源。（2）掘進巷道已經接近或揭露萬6斷層或萬6支斷層，該斷層為導水斷層，致使L8灰巖含水層與2煤直接接觸，形成直接充水通道。（3）未執行“有疑必探”探放水原則，管理失控導致巷道掘進揭露導水斷層而突水。

21001 工作面11#突水點位于21采區最上部，涌水通過兩種途徑匯入二水平泵房：一部分涌水從21001回風巷通過管路導入二水平泵房，另一部分經21采區東翼采空區流入二水平大巷到二水平泵房。21001工作面11#突水點涌水量增大后，直接導致21001掘進工作面無法施工，同時威脅下部準備充填開采的21軌道煤柱工作面安全生產和正常回采。

為確保21軌道煤柱充填工作面的安全開采，減少礦井涌水量，降低礦井排水費用和順利開采21001工作面，擬對21001工作面11#突水點進行注漿堵水并對萬6斷層帶注漿加固。

3 軟體骨料注漿堵水的技術特性分析

地下巖層按其賦存狀態分為致密膠結狀巖層、松散狀巖層、孔洞或裂隙狀巖層。致密膠結狀巖層具有致密、不透氣、不透水等特性，典型的有泥巖、粉砂巖、鋁土巖等巖石。松散狀巖層具有滲水、透氣等特性，典型的有砂巖、流沙層等巖石。而孔洞或裂隙狀巖層具有儲水、流水、透氣等特性，典型的有石灰巖等巖層。

軟體骨料主要是由一種有機生物體、石子和沙子組成，既稱得上為充填骨料，本身又是軟體充填物。軟體骨料容易適應地質構造中裂隙、溶洞等不規則形狀且能遇水膨脹并充填其中。有機軟體骨料具有性軟、膨脹、光滑、流動性好等特性，適宜充填巖層裂隙、溶洞等，具有其他材料不可替代的充填堵塞作用。21001出水點主要為L8灰巖出水，因此，封堵、擠壓L8灰巖中裂隙和溶洞水及截斷向出水點供水補給通道，軟體骨料具有極好的堵水特性。

4 充填軟體骨料堵水工程施工方案

在21001工作面11#突水點斷層另一側l號鉆場設計3個注漿鉆孔（鉆孔布置圖見圖l），通過出水點補給方向注漿充填封堵L8含水層的充水通道。

鉆孔施工：采用T685WS車載頂驅鉆機，復合鉆進技術糾偏，PDC鉆頭+Φ197mm（雙扶）單彎螺桿（0.5°）+Φ203.2mm無磁鉆鋌+Φ114mm鉆桿。鉆孔施工到設計位置后，先在4#孔口安裝骨料填料器進行軟體骨料的加注，隨著軟體骨料加注，孔口水壓不斷上升（4#孔施工完成后，沒有出水，其中5#孔口施工時有60m3/h的涌水）。當4#孔在注軟體骨料孔口壓力達到4.7MPa后，停注軟體骨料，改注水泥粉煤灰混合漿。后經統計1號鉆場4#鉆孔加注軟體骨料量是2號鉆場3個鉆孔共注軟體骨料的80%（1號鉆場3個鉆孔共注軟體骨料10t），說明軟體骨料在灰巖中具有極好的流動性和擴散性，其注漿成效反映在初設擴散半徑達到20～30m，設計合理，達到設計預期要求。

圖l 鉆孔平面布置圖

5 注漿堵水實際效果

5.1 注軟體骨料量與壓力變化

經現場施工和數據實測，21001出水點l號鉆場4#孔在加注軟體骨料的過程中發生了壓力上升→壓力下降→壓力上升（未達設計壓力）→壓力下降→壓力上升（達到設計壓力）兩個壓力循環過程（見圖2），但壓力整體呈上升趨勢，最后達到軟體骨料設計壓力值后，停注軟體骨料，注漿（水泥粉煤灰混合漿）封孔。在壓力降低過程中，出水點出水發黑且渾濁，很顯然軟體骨料在高壓水作用下擠壓裂隙和孔洞中附著物，將殘留斷層泥和強度較低礦物質壓出，從而將導水裂隙和孔洞充滿軟體骨料和其他充填物。

圖2 注入軟體骨料量與注漿壓力變化曲線圖

5.2 注軟體骨料量與水量變化

經現場施工和數據實測，21001出水點l號鉆場4#孔在加注軟體骨料的過程中涌水量發生了明顯變化。隨著軟體骨料的加注，數量呈逐步下降趨勢（見圖3），停注軟體骨料后水量已由300m3/h下降到126m3/h，下降了58%，又用水泥粉煤灰細料填塞細小縫隙封堵微裂隙及封孔后，突水點水量降為零，有效地實現了實際堵水率100%。

圖3 注入軟體骨料量與水量變化曲線圖

6 結論

采用軟體骨料注漿堵水可以在圍巖相對穩定范圍內對其出水點涌水的充水通道實施有效封堵（不含水泥漿封孔），將其動水條件下注漿充填控制在微裂隙范圍內近似靜水條件下，有效降低水泥漿直接封堵時漏漿量及總注漿量，明顯提升了注漿堵水的成效。21001出水點原設計注漿用干料3000 t，價值約80萬元；采用注軟體骨料填充大裂隙和孔洞、水泥粉煤灰細料填塞細小縫隙封堵封孔后，實際注軟體骨料用量價值10萬元、注干料價值14萬元，合計24萬元。如果采取直接封堵，在動水條件下注漿其漏漿量難以估算，其注漿材料將大幅度增加。因此，至少節約注漿材料投入56萬元。且現在突水點水量已降為零，明顯降低了注漿堵水費用漏漿對礦井水倉和生產系統的影響，其注漿堵水成效十分顯著。