中峪煤礦掘進工作面大面積分散出水治理技術(shù)的實踐

王 巖

（霍州煤電集團沁安煤電有限責任公司，山西 霍州 046500）

2016年9月10日12時30分，沁安煤電公司中峪煤礦12041工作面發(fā)生突水，最大突水量959m3/h，二下山被淹，威脅礦井安全。突水事故發(fā)生后，技術(shù)人員對突水事故原因進行了分析，決定采用地面打鉆注漿的辦法對本次突水進行治理。

1 工作面概況及突水經(jīng)過

1.1 工作面簡況

中峪煤礦二1下采區(qū)12041工作面走向長400m，傾斜寬92m，煤層平均煤厚4.2m，平均傾角22°。據(jù)4個注漿孔揭露二1煤頂板為3m左右厚的砂巖和砂質(zhì)泥巖，其上為2.7m厚的二3煤。二1煤底板為粉砂巖、泥巖，比較破碎。二1煤下距L9灰?guī)r6.5m，距L8灰12m，距L7灰17m，距L1-3灰60m。

1.2 突水經(jīng)過

2016年9月10日12時30分，12041工作面沿走向由切眼向東推進約90m時下部溜子底槽開始出水，水量約6m3/h。14時40分下部機尾向下10m處底板出現(xiàn)約5mm寬的出水點，水量增大到40m3/h。16時上部機頭處發(fā)生突水，約80m3/h，出水點由下而上逐漸延伸增多。至16時50分，釆面下部機房支架被水沖倒，工作面被淹。工作面突水的同時西大巷及21下山皮帶頭出水，并伴有底鼓。隨著工作面水量的增大，西大巷水量減小，后期西大巷水量增加，突水點眾多，21下山被淹。測算表明：本次最大突水量為959m3/h，礦井-200m水平新增水量約為550m3/h。

2 突水點及導水通道分析

2.1 突水點分析

突水特點表現(xiàn)為突水點面大、點多且分散。主要出水點：距12041工作面下副巷向上24.5m處（突1）、45m處（突2）及49.5m處（突3），西大巷距煤倉80m以里30m段巖巷底鼓出水（突4、突5），皮21下山皮帶頭處（突6）。從出水經(jīng)過表明：前三個突水點與后三個突水點有密切的水力聯(lián)系。

2.2 導水通道分析

12041工作面上、下副巷及周邊工作面掘進時未見斷層，從附近揭露的地層看，二1煤底板下距山灰約60m，距寒灰約80m，中間有相當厚度的砂、泥巖是相對隔水層，而含水層靜水壓力約4.4MPa，不可能直接突破。推斷突水的導水通道應(yīng)為下部巖層中的張性裂隙或小斷層。從西大巷同時出水分析，在L7-8灰中張性裂隙比較發(fā)育，有一定的方向性和連通性，其下部灰?guī)r水的導水構(gòu)造的具體情況不清，有待鉆探施工中查清。

此次突水的原因：二l煤底板裂隙比較發(fā)育，工作面回釆后應(yīng)力釋放，導致底板裂隙進一步向下延深，穿過L7灰?guī)r甚至與下部地層裂隙溝通，下部灰?guī)r水通過裂隙導入L7-8，并由于水壓較高，其中一部分水突破底板隔水層直接涌入工作面形成突1、突2、突3等出水點，另一部分在西大巷及二水平下山皮帶頭的底板地段形成突4、突5等出水點。

3 突水治理施工方案及探查結(jié)果分析

3.1 鉆孔施工順序及設(shè)計目的

本次堵水共布設(shè)了4個鉆孔，其中注l、注2分別布設(shè)在突3、突1附近，鉆中停采線棚區(qū)，通過注骨料、注漿將采空區(qū)充填密實，截流工作面突水，減少動水量，使大規(guī)模注漿時減少漿液流失；探查底板各含水層的水位及巖溶裂隙發(fā)育情況，確定導水通道及水源；對揭露的導水通道進行封堵，有必要時鉆進含水層進行加固注漿。

注3孔是在注l、注2鉆進實煤中而未能鉆中停采線的情況下依礦方新確定的停采線定位的，目的同注l孔。

注4孔布設(shè)在通向突4、突5的主裂隙發(fā)育方向上，封堵主導水通道通過山裂隙流向西大巷的突水，查明地層、構(gòu)造情況及突水水源，加固含水層。

3.2 施工方案研究

3.2.1 鉆探階段

本階段以注l開工、注2達到注骨料條件為標志。注l孔在孔深145.89m穿過第四系松散層見二疊系基巖，295.16m地層開始破碎，沖洗液嚴重消耗，經(jīng)用特制泥漿堵漏后鉆至365.16m又全漏，為頂板采動裂隙帶，389m以下巖芯又逐漸完整并取出二l煤芯而未掉鉆，水位埋深250.54m，表明打在了實煤上。注2孔在145.46m見基巖，339.57m遇頂板采動裂隙帶全漏水，410m以下巖芯逐漸完整并取出二l煤芯，又打在了實煤上。

初步探查表明：（1）停采線位置誤差較大（其所在位置據(jù)塌陷角推算，應(yīng)在所標停采線西6～10m處）。（2）主通道應(yīng)在停采線上對應(yīng)注1孔位置附近。（3）本次突水水源應(yīng)為L7灰以下含水層，L7-8為導水通道，因而也是本次堵水的關(guān)鍵層位。

3.2.2 封堵采空區(qū)階段

本階段主要是注l、注2孔注骨料充填采空區(qū)。由于只能注中細砂且速度很慢，擔心不能實現(xiàn)截流，在注l、注2之間按新確定的停采線內(nèi)側(cè)又布設(shè)了注3孔，但其也落在實煤中，只能注中細砂。注l、注2、注3分別完成面砂作業(yè)后，用速凝水泥漿進行了旋噴固砂人工造壁，并分別下入Φ127mm套管于L9之上并用水泥封固，至套管下入前，注l孔注砂367.8m3，注2孔52.02m3，注3孔237m3。考慮到為了封堵主導水通道與西大巷出水點之間的導水通道，又在其之間的構(gòu)造裂隙發(fā)育方向上靠近突3的適當位置布設(shè)了注4孔。該孔位于實煤中，雖然在331.15m即全漏水，但煤層之上30m內(nèi)巖芯較完整，單位吸水率僅7.8L/（s·m），注面砂都很困難，用速凝水泥漿旋噴堵漏后再下入Φ127mm套管。套管下好后向下鉆進過程中，注2孔在415.20～418m的砂質(zhì)泥巖地層中裂隙發(fā)育并全漏水，但注面砂很慢，于是向下鉆進至L8準備注漿。注2孔在孔深430.50～432.17m處巖芯破碎，經(jīng)壓水試驗可注砂，后期至注死時共注中粗砂1033.98m3、米石294m3。注砂時該段水位埋深在270～290m之間波動，屬老空區(qū)水位，判斷所注骨料繞道后又進入老空區(qū)中。

在封堵老空過程中，注骨料2012m3，但未能鉆中棚區(qū)及主導水通道，所注骨料以細顆粒為主，未能將老空區(qū)的導水通道封死，但礦井涌水量已從堵水前的750m3/h減至520m3/h左右。此階段二下山及二下山車場減水明顯，西大巷總的涌水量略有增大（約增加20m3/h）。

3.2.3 處理套管階段

在注骨料封堵老空區(qū)過程中，由于煤層松軟且呈粉末狀，在底板出水和注骨料的共同作用下，對鉆孔所處部位的煤層（實煤）嚴重沖蝕并不斷向遠處擴展，導致殘煤不足以抵抗頂板壓力時繼而發(fā)生頂板垮落，造成巖層移動，把已封固好的注1、注2、注3孔的套管同時錯斷，錯斷位置在二l煤頂15～20m 處。

在綜合考慮各種因素后，決定采用強行鉆開已下Φ127mm套管，另下Φ108mm套管的方法再次將老空區(qū)封閉。因新的沉降產(chǎn)生新裂隙（可能也有原裂隙中的砂等被沖走），在處理Φ127mm套管過程中，原已不能注砂的注1、注2、注3孔又都進行了注砂、注漿充填，注1、注2孔先后將Φ108mm套管下至預定位置。此階段盡管3個孔共注砂659.2m3，水泥246t，但礦井涌水量卻增大到600m3/h，主要是再次坍塌時導水通道改變的緣故。

3.2.4 封堵導水通道階段

本階段主要是封堵二l煤底板與L7底以上空間的導水通道，以注漿為主，部分層段只注少量面砂。在具體施工時，實行了邊鉆邊注、分層段注漿方式。對吸水量過小的含水層段，用多次控量壓酸的方法，先對其進行處理，使單位吸水率成倍提高，收到了良好效果。這一階段礦井總涌水量與注入量呈顯著的相關(guān)關(guān)系，封堵結(jié)束時礦井總涌水量已減至250m3/h，達到90%以上堵水率的要求，工程進入加固注漿階段。

3.2.5 加固注漿階段

為了盡可能的提高堵水率和鞏固注漿效果，對注l、注2、注3的主要導水通道及含水層L7、L5、L1-3分別進行了加固注漿，同時按設(shè)計規(guī)定的各項要求封孔完畢。本階段共注水泥1093t，全礦井涌水量也減至160m3/h左右。

施工查明：本次突水水源為L1-3及寒灰水，下部垂向?qū)ǖ罏閺埩严?，突水?jīng)張裂隙運移至山底板附近與二l煤底板采動裂隙貫通后，一部分水就沿此上涌進入工作面，形成突1、突2、突3、突7、突8，另一部分水又沿L7-8層間裂隙進入西大巷形成突4、突5、突6等諸多突水點。

4 堵水效果及技術(shù)經(jīng)濟評價

本次中峪煤礦12041工作面大面積分散突水治理工程是在工作面埋深大于400m、松散覆蓋層厚、采空區(qū)裂隙帶高度大、測量資料誤差大、無水文長觀孔的條件下進行的，扣除自然不可抗力、供水、供電、工農(nóng)關(guān)系等因素的影響時間，施工時間僅135d。突水事故發(fā)生前礦井總涌水量200m3/h，突水后涌水量為750m3/h，突水治理工作完成后實測礦井涌水量為155m3/h，凈減小595m3/h，堵水率達到100%。此次對突水事故的成功治理，解除了該礦的水害威脅，解放了西翼二下（采區(qū)）400多萬噸的儲量，延長了礦井服務(wù)年限，產(chǎn)生了很好的社會效益和經(jīng)濟效益。