注漿工作面底板突水危險性分析與評價

霍檳檳 劉俊生 馮 沖

（1.義馬煤業集團汝陽天澤金鼎煤業有限公司，河南 洛陽 471000；2.義馬煤業集團股份有限公司，河南 義馬 472300；3.義馬煤業集團孟津煤礦有限責任公司，河南 洛陽 471000）

新安煤田主要受奧陶系上段灰巖水威脅，歷史上多次發生突水事故，造成重大損失。為防止突水事故發生，目前主要采用底板注漿改造，對奧灰上段灰巖水進行治理。孟津煤礦在12011、11050、12070 工作面應用底板注漿改造技術治理水害，工作面均安全回采，底板奧灰涌水量均小于20 m3/h，取得明顯的水害治理效果[1-5]。

1 工作面概況

12070 工作面位于12 采區，主采二1 煤層，沿煤層傾向布置，走向長度118～200 m，傾斜長度867 m，可采儲量69 萬t。工作面標高-245～ -320 m，地表高程為+363.5～+428.8 m，最大采深689 m。地表為丘陵地帶。工作面水文地質條件復雜，煤巖層傾向130°～140°，傾角3°～10°。工作面主要受底板奧陶系灰巖水威脅，水壓3.4～5.5 MPa，上距二1 煤層57.7～65.3 m，平均60.3 m。

2 注漿鉆孔地質信息分析

12070 工作面采用40 m×40 m 方格網布置鉆孔，進行“網格化”式探查和注漿的技術，注漿鉆孔254 個（其中35 個干孔），鉆探工程量36 395.2 m，總涌水量3554 m3/h，注漿干料量25 851.62 t。注漿改造控制面積0.225 km2，鉆孔分布密度為1131 個/km2，萬噸煤鉆孔數為3.7 個，萬噸煤鉆孔進尺數為527.5 m，單位注漿量為0.115 t/m2。

2.1 鉆孔水文信息分析

（1）鉆孔出水量分析。219 個出水鉆孔中：涌水量Q＜5 m3/h 的鉆孔111 個，占比為50.7%；5 m3/h≤Q＜10 m3/h 的 鉆 孔29 個， 占 比 為13.2%；10 m3/h≤Q＜30 m3/h 鉆孔43 個，占比為19.6%；30 m3/h≤Q＜50 m3/h 鉆 孔17 個，占比 為7.8%；50 m3/h≤Q＜100 m3/h 鉆 孔10 個，占比為4.6%；涌水量Q≥100 m3/h 鉆孔9 個，占比為4.1%。工作面切眼南110～230 m 范圍為底板奧灰徑流帶，呈近東西條帶狀展布。

（2）鉆孔水壓分析。219 個出水鉆孔中：水壓≤4.5 MPa 鉆孔59 個，占比26.9%；4.5～5.0 MPa鉆孔123 個，占比56.2%；水壓≥5.0 MPa 鉆孔37 個，占比16.9%。12070 工作面切眼南200 m 附近為高水壓區。

（3）鉆孔水溫分析。219 個出水鉆孔中：水溫28～32 ℃鉆孔96 個，占比43.8%；水溫32～35 ℃鉆孔101 個，占比46.1%；水溫≥35 ℃鉆孔22 個，占比10.1%。12070 工作面切眼南300～350 m 范圍為低水溫區。

2.2 鉆孔注漿信息分析

（1）鉆孔注漿量分析。254 個鉆孔中注漿鉆孔103 個，占比40.6%。其中，注漿量＜10 t 鉆孔10個，占比9.7%；注漿量10～50 t 鉆孔21 個，占比20.4%；注漿量50～100 t 鉆孔27 個，占比26.2%；注漿量100～500 t 的鉆孔31 個，占比30.1%；注漿量≥500 t 鉆孔14 個，占比13.6%。注漿量大于100 t 的鉆孔有45 個，注漿量合計23 252.13 t，占總注漿量的89.9%。12070 工作面切眼南100～300 m范圍為注漿量大區。

（2）鉆孔注漿灰水干料比值分析?？傋{干料/鉆孔總出水量為7.27。其中注漿干料量與鉆孔涌水量比值（灰水比）：灰水比≥3 的鉆孔69 個，占比67%；3 ＞灰水比≥2 的鉆孔10 個，占比9.7%；2 ＞灰水比≥1 的鉆孔9 個，占比8.7%；灰水比＜1的鉆孔15 個，占比14.6%。膠4-3#孔，涌水量為50 m3/h，注干料2 996.5 t，注漿干料/單孔涌水量為59.9，注漿時間95 d。

3 工作面底板危險性分析

3.1 工作面底板垂向導水性分析

對鉆孔涌水量及其垂向分布特征進行分析（如圖1），可以了解工作面底板導水性及相應危險性。根據鉆孔涌水量在不同垂深的分布顯示：底板出水點多集中在底板以下50～100 m（即奧灰含水層上部）。工作面底板淺部富水量較小，隨著底板垂深的增加，其明顯增大，在底板以下100 m 附近（即在進入奧灰頂界面下40 m），出水量達到最大。

圖1 12070 工作面底板導水性分布圖

3.2 工作面平面危險性分析

從工作面開切眼到終采線的順序，沿工作面傾向（推進方向）繪制出水鉆孔涌水量和注漿量分布圖（圖2、圖3），經綜合對比分析如下（表1）：

圖2 12070 工作面沿傾向鉆孔涌水量分布圖

圖3 12070 工作面沿傾向鉆孔注漿量分布圖

表1 12070 工作面沿傾向鉆孔成果表

（1）12070 工作面切眼南0～90 m 和540～930 m 區段，單孔平均涌水量在2.3～8.7 m3/h，平均單孔注漿量在19.3～63.2 t，注漿量與涌水量比值在2.3～6.8，單位面積注漿量在0.005～0.11 t/m2。表明奧灰灰巖富水性弱，巖溶不發育，為底板突水弱危險區（安全區）。

（2）12070 工 作 面 切 眼 南120～180 m 和300～540 m 區段，單孔平均涌水量在11.6～8.5 m3/h，平均單孔注漿量在62.8～155.6 t，注漿量與涌水量比值在5.6～13.4，單位面積注漿量在0.15～0.17 t/m2。表明奧灰灰巖富水性較弱，巖溶不發育，為底板突水中等危險區（威脅區）。

（3）12070 工 作 面 切 眼 南90～120 m 和180～300 m 區段，單孔平均涌水量37.8～34.7 m3/h，平均單孔注漿量331.7～259.9 t，注漿量與涌水量比值為8.8～7.5，單位面積注漿量0.46～0.76 t/m2。表明奧灰灰巖富水性強，巖溶發育，位于巖溶強徑流條帶，存在補給通道，為底板突水嚴重危險區（危險區）。

3.3 工程效果評價

（1） 突水系數評價。12070 工作面注漿改造前突水系數為0.084～0.10。鉆探成果顯示，注漿改造厚度為85.7～155.9 m，注漿改造后突水系數為0.035～0.064 MPa/m，突水系數均小于臨界值0.1 MPa/m。

（2）檢驗孔評價。經過3 個輪次施工檢驗鉆孔65 個，重點對物探異常區、出水量大或注漿量大的區域和工作面鑲邊鉆孔施工區域進行注漿效果驗證，最后一輪檢驗孔涌水量均小于10 m3/h（見表2）。

表2 12070 工作面檢驗鉆孔成果表

（3）物探復查評價。經對地面和井下瞬變電磁勘探的低阻異常區進行鉆探注漿，后期委托專業公司對工作面底板注漿進行了3 次瞬變電磁底板復查，均未發現異常，達到了探查注漿效果。

（4）回采驗證。12070 工作面從2021 年2 月開始回采，平均推進度40 米/月，目前已安全回采至切眼南 457 m，未發生突水，工作面底板涌水量穩定在20 m3/h，保證了工作面安全回采，底板注漿改造效果得到充分驗證。

4 結論

（1）經對鉆孔水溫、水壓、涌水量和注漿量等水文地質信息進行分析，底板富水性與涌水量和注漿量呈正相關，反映了奧灰巖溶發育規律。

（2）通過對工作面底板危險性進行分析和工程注漿效果評價，工作面底板注漿效果顯著，能夠保證安全回采。