薄基巖工作面斷層預注漿加固技術研究

馬海濤 曹思文 錢自衛

（1.兗州煤業股份有限公司楊村煤礦，山東 濟寧 272118；2.中國礦業大學，江蘇 徐州 221116）

楊村煤礦330工作面屬于厚松散層薄基巖工作面，其中桲欏樹二號正斷層貫穿整個工作面，斷層落差大，易成為第四系底部含水層水、砂的導水通道。工作面尤其斷層附近突水潰砂風險較大，超前對該斷層進行預注漿加固對實現工作面安全開采具有重要意義。

1 概況

330 工作面3煤覆巖厚度從東到西呈逐級變薄的特點，3煤層頂部煤巖柱厚度約在22.94～46.0m之間，屬于厚松散層薄基巖工作面。其中桲欏樹二號正斷層（257～260°∠50～60°H＝8.0m）貫穿整個工作面，延展長度207m，運輸順槽由于基巖厚度較薄，對安全開采影響較大。

2 斷層注漿治理思路

2.1 注漿治理段長跨度

設計初步選擇31.6m作為治理段劃分的界限，在330工作面內斷層位置基巖厚度小于31.6m段作為治理段。另外考慮到330工作面初期開采頂板的冒落形態，桲欏樹二號斷層加固的東北界限選擇在工作面運輸順槽揭露斷層位置沿斷層面垂向上位置，跨度共計105m。如圖1所示。

2.2 注漿加固位置

根據《楊村煤礦330工作面提高開采上限方案設計》，330工作面3煤層設計開采厚度3m，預計底分層開采條件下最大垮落帶高度約16.7m。本次治理的主要目的是加固斷層面，延緩斷層附近頂板冒落時間，減小因斷層影響的冒裂帶發育高度。

注漿孔終孔設計于第四系底界下8m位置的斷層面位置，漿液在斷層帶劈裂擴散以擠密、加固斷層破碎帶，部分漿液向上繼續擴散，進入底含水層，加固底部砂層。如圖2所示。

圖1 斷層在基巖界面的斷層線位置圖

圖2 斷層注漿加固位置示意圖

2.3 注漿加固機理

針對斷層破碎帶及砂層，常規的水泥基漿液注漿主要為劈裂擴散機理（如圖3所示），最終起到擠密、加固的效果。漿液在斷層帶及砂層中劈裂后形成脈狀擴散效果，凝固的水泥漿液在斷層破碎帶及土層起到加筋的作用，可顯著增加被注破碎帶、砂層的整體性及穩定性。

圖3 劈裂注漿機理

3 注漿方案及施工

3.1 注漿鉆孔設計

采用后孔驗證前孔的方式，注漿前后斷層帶取芯檢驗注漿效果，動態調整注漿設計參數（孔位及注漿材料）。

初步預設注漿鉆孔11個，在平面上，在斷層帶注漿加固段鉆孔間距10m；在剖面上，鉆孔終孔設計于第四系底界下8m位置的斷層面位置。注漿孔設計如圖4所示。

圖4 330工作面桲欏樹二號斷層注漿加固鉆孔布置圖

3.2 注漿方式

原則上各注漿孔設計單次注漿，直接鉆進至設計孔深進行注漿即可。如鉆進過程中遇到塌孔、卡鉆等鉆孔現象，則提鉆注漿加固后，再套孔延伸至設計深度注漿即可。

（1）注漿液選用純水泥漿為主、雙液漿為輔。水泥選用標號42.5的水泥，水玻璃濃度不低于36波美度。水泥基漿液采用普通水泥與水按一定比例混合而成，水泥漿屬于顆粒懸浮液，主要適用于寬大裂隙、空洞的充填，對于孔隙及微細裂隙不適用。

（2）工藝流程：確定注漿壓力和漿液配比（水灰比1.5∶1）→注漿，待壓力升高后停注→封孔。

每個鉆孔注漿時，初注用濃漿，注漿時逐漸降低漿液濃度。當漿液在裂隙中沉析、充填階段，若壓力不升且進漿量也不減時，應逐漸加大漿液濃度；反之，若壓力上升快且進漿量減量也快，應依次降低漿液濃度。

（3）注漿壓力。根據有關規范，注漿終壓一般選擇為靜水壓力的2～3倍或垂直地應力的1～1.5倍，本次桲欏樹二號斷層注漿加固區域埋深190m左右，則注漿孔口終壓設計為4.0MPa。

（4）注漿結束標準。注漿結束標準有兩點，分別以注漿壓力及注漿量來控制。注漿孔的孔口注漿壓力達到設計終壓值4.0MPa，注入量小于30L/min，穩定20min以上；單孔累計注漿量達到38m3，則及時調整漿液配比，增加水玻璃加量，帶壓封孔。

3.3 實際施工情況

共施工注漿加固孔11個、檢查孔2個，單孔實際孔深68～95m，總鉆巖進尺1005m，掃孔進尺120m。所有13個鉆孔，僅4#孔在56m以深段出水0.1m3/h，7#孔在57m以深段出水2.0m3/h，其他鉆孔均無任何出水現象。

注漿加固共注入水泥41.7t，固管消耗水泥3.8t，合計消耗水泥45.5t，單孔注漿量2.5～6.0t不等，檢查孔注漿量0.7t、0.8t。

4 斷層加固效果

（1）注漿結束后，在注漿量最少的1#、2#孔之間及注漿量最大的6#、7#孔之間施工12#、13#檢查孔，兩孔均無出水及卡鉆現象，兩孔注漿量為0.8t、0.7t，較注漿孔單孔注漿量明顯偏小，說明注漿質量整體較好。

（2）利用兩檢查孔開展鉆孔窺視，12#、13#檢查孔窺視深度分別為86m、70m，兩孔孔壁結構整體較穩定，12#、13#檢查孔孔深71m、50m以深段巖層有明顯風化裂隙發育，窺視段均無明顯的斷層破碎帶發育。根據巖層對比分析12#、13#檢查孔的斷層所處深度預計為85.6m及61.5m位置，與原預計位置較為吻合。通過窺視成果分析，330工作面桲欏樹二號斷層帶發育不明顯，厚度較小，斷層帶充填較為密實，無明顯出水現象。