工作面底板承壓水防治方案設計與實踐

李 敏

（山西潞安集團余吾煤業有限責任公司，山西 長治 046100）

余吾煤礦受底板承壓水的影響較大，主要原因是其屬于奧陶系灰巖的地質條件。該條件巖層富水性強、水壓高、隔水層薄，斷層等構造發育明顯，造成該礦發生突水事故的危險性高。因此，為了保證礦井的安全回采，應提前采用物探與鉆探結合的技術，探測工作面底板富水區，及時采用疏水降壓和注漿改造的措施，避免工作面發生突水事故。

1 工作面概況

余吾煤礦N1201 工作面位于北風井西翼，工作面開采3 號煤層，水平標高為+400m，煤層厚度4.85～7.25m，平均6.02m。煤層頂板為泥巖、粉砂質泥巖，局部為細砂巖；底板為黑色泥巖、粉砂巖。含泥巖或炭質泥巖夾矸0～3 層，一般為1 層，平均厚0.27m，以距底板約1.33m 的一層泥巖夾矸較為穩定，厚0.25m。3 號煤層底板奧陶系最大突水系數小于臨界值0.06MPa/m，奧陶系含水層頂板與3 號煤層底板之間隔水層厚度較大，奧陶系巖溶水對3號煤層影響不大。但是在斷層、陷落柱局部富水及導水的情況下，對3 號煤層影響較大，掘進過程中要密切關注頂板來壓后巷道頂底板裂隙的導水情況。

2 礦井水災探測技術

2.1 物探技術

采用物探技術對N1201 工作面含水情況進行超前探測，工作面回風巷首次物探超前探測水結果如圖1 所示。

圖1 N1201 工作面回風巷首次物探結果示意圖

由圖1 可知，工作面回風巷首次物探結果顯示有3 處電阻率相對較低的異常區域，異常位置如表1 所示。

表1 首次物探異常區域位置

采用物探技術對N1201 工作面含水情況進行超前探測，工作面回風巷第二次物探超前探測水結果如圖2 所示。

圖2 N1201 工作面回風巷第二次物探結果示意圖

由圖2 可知，工作面回風巷第二次物探結果顯示有2 處電阻率相對較低的異常區域，異常位置如表2 所示。

表2 首次物探異常區域位置

2.2 鉆探技術

對于采用物探技術探測出的水文地質異常區應當采用鉆探技術進行相應的驗證。根據探測出異常區的位置與巷道掘進的方向來布置鉆孔的參數，根據回風巷性質，布置兩個鉆場進行鉆探，每個鉆場布置多個鉆孔。鉆孔超探距離應當大于30m，順著巷道方向打入回風巷底板，鉆孔應當深入到奧陶系含水層頂板中。N1201 工作面回風巷不同位置超探距離如表3 所示。

表3 N1201 工作面不同水壓超前探測距離

通過鉆探對構造異常區域進行驗證，工作面回風巷超前迎頭8～18m、38～42m、62～70m范圍內，受斷層、陷落柱等構造影響，回風巷受底板奧灰水影響，掘進存在安全隱患。

3 防治水技術

3.1 疏水降壓

底板采用疏水降壓，通過鉆孔將底板巖層中的奧灰巖水提前釋放，水位降低到安全線以下，從而達到防治水的目的。疏水降壓鉆孔參數如表4 所示。

表4 疏水降壓鉆孔參數

工作面鉆孔采用螺桿馬達定向鉆進，鉆進時螺桿馬達利用傳動軸帶動鉆頭底部向巖層底板鉆進，可實時調整轉動的方向角，從而保證對鉆孔的方向進行準確的控制。通過調整參數確定最佳的鉆孔效果，鉆孔參數如表5 所示。

表5 鉆孔工藝參數

鉆孔施工至N1201 工作面回風巷底板奧陶系含水層時出水量開始增大?；仫L巷超前迎頭8～18m、38～42m、62～70m 范圍內初始水量分別為58m3/h、39m3/h、66m3/h，初始水壓分別為0.73MPa、0.57MPa、0.84MPa。自2017年8月以來，經過13個月持續疏放，底板承壓水涌水量和水壓有了明顯降低，呈現前期降低速率快、后期緩慢下降的趨勢。截至2018 年9月，超前迎頭8～18m 范圍注漿封孔前，鉆孔涌水量為58m3/h，水壓為0.73MPa。超前迎頭8～18m 范圍涌水量和水壓隨時間變化趨勢圖如圖3 所示。

由圖3 可知，采用疏水降壓措施對超前迎頭8～18m 范圍進行探放水后，水量和水壓均有大幅度下降，涌水量為12m3/h，水壓0.13MPa。由此可知，采用物探坑透探測技術和鉆探技術探測的富水異常區域底板含水層富水性強，通過鉆孔探放水實現了對底板覆水異常區域的疏水降壓。

圖3 3#鉆孔水量和水壓隨時間變化圖

3.2 注漿改造

采用注漿改造技術防治底板承壓水，其原理是利用注漿液將巷道圍巖中原來被承壓水占據的裂隙形成阻水整體，將導水裂隙封堵，底板注漿也進一步可以提高底板隔水層的厚度，提高抗壓強度與抗突水能力，避免發生礦井突水事故，保證礦井的安全生產。

在N1201 工作面回風巷底板深60m 以下布置鉆孔，直徑為Φ120mm，兩巷均采用垂直孔深為15m 套管，套管的孔徑為Φ100mm，管套以下為裸孔，孔徑為Φ75mm。對巷道底板進行注漿改造，注漿液采用配比為1:1 的水泥漿液，1t 水泥漿液配比37.5g 速泥劑。注漿壓力為15MPa，進漿量小于30L/min，穩定時間20min 后，凝固時間30h 以上可進行透孔。當涌水量小于0.2m3/h 后，注漿視為合格，停止注漿。否則，必須進行重復注漿，以此來保證注漿效果，實現防治底板承壓水的目的。

4 防治效果檢驗

N1201 工作面回風巷富水異常區域采用疏水降壓與注漿改造后，不僅減少導水裂隙帶，提高了底板的抗水強度，還能超前探放底板富水區域含水層水，使回風巷底板含水層水量和水壓均有大幅度下降。疏水降壓與注漿改造相結合的防治水措施具有良好的防治水效果，對礦井的安全生產具有十分重要的作用。

5 結論

（1）以余吾煤礦N1201 工作面回風巷為研究對象，采用物探技術對礦井富水異常區域進行了超前探測，得到回風巷超前迎頭8～18m、38～42m、62～70m 范圍為水文地質異常區域。對富水異常區域采用鉆探技術進行驗證，結果表明，受斷層、陷落柱等構造影響，回風巷超前迎頭8～18m、38～42m、62～70m 范圍受底板承壓水影響，存在突水威脅。

（2）在N1201 工作面回風巷富水異常區采用疏水降壓與注漿改造的防治措施進行超前防治水，并進行效果檢驗。結果表明，超前迎頭8～18m 范圍初始涌水量為58m3/h，水壓為0.73MPa，疏水降壓和注漿改造后鉆孔涌水量為10m3/h，水壓0.11MPa，有效降低了巷道底板含水層涌水量。