高偉林

(青海省西海煤炭開發(fā)有限責(zé)任公司，青海 海北 812303)

1 工程概況

某礦一采區(qū)東翼回采工作面切眼已貫通，開采煤層平均厚度2.26 m，屬近水平煤層，煤層直接頂為泥巖，老頂為K8砂巖，底板為泥巖?；夭上锏谰蜻M(jìn)期間共揭露1個陷落柱和13條斷層。X-32陷落柱位于回風(fēng)巷開口處右側(cè)，距該工作面停采線約180 m，且不導(dǎo)水，故不對該工作面的回采造成影響；位于回采范圍外3條斷層不對回采造成影響，回采范圍內(nèi)有6條斷層的平均落差僅為0.5 m，對回采影響較??；F1164斷層位于回風(fēng)巷5號點前72 m，落差1.8 m、傾向SE39°、傾角55°，為對回采影響程度較大的正斷層；F1162斷層位于運輸巷5號點前25 m，落差17 m、傾向SW18°、傾角20°，為對回采影響程度較大的正斷層；F1164與F1162斷層走向相同，預(yù)計為一條橫穿整個工作面的斷層延伸所致。F1033斷層位于運輸巷7號點前56 m，落差13.2 m、傾向SW56°、傾角60°，為對回采影響程度較大的正斷層；F1062斷層位于運輸55號點前36 m，落差12.26 m、傾向SE68°、傾角60°，為對回采影響程度較大的正斷層。

2 潛在突水風(fēng)險分析

該礦奧灰靜水的水位標(biāo)高約+515 m，高于工作面所采煤層底板+261～+306 m的標(biāo)高，故該工作面屬于帶壓工作面，需對可能存在的導(dǎo)水因素進(jìn)行排查。工作面巷道掘進(jìn)過程中部分區(qū)段頂板有淋水現(xiàn)象，頂板水源有限，故富水性較弱，掘進(jìn)過程中已對該部分頂板水疏放完畢；工作面內(nèi)斷層不導(dǎo)水，預(yù)計老頂K8砂巖的裂隙水對回采影響極小；該工作面周邊存在3個地質(zhì)鉆孔，經(jīng)復(fù)查其封孔情況全部合格，對工作面回采不構(gòu)成影響；X-32陷落柱由于距工作面較遠(yuǎn)且該陷落柱不導(dǎo)水，故不影響工作面回采；回采工作面與其東側(cè)的采空區(qū)之間的最小距離為63 m，基本不對該面的回采造成影響。對一采區(qū)回采工作面安全回采造成隱患的水源有以下兩點：

1) 奧灰含水層。礦井地質(zhì)資料顯示，井田內(nèi)+505 m標(biāo)高存在的奧灰(O2)水含水層與一采區(qū)回采工作面底板的平均層間距為110 m，導(dǎo)致該工作面為承壓2～2.5 MPa的帶壓工作面，而經(jīng)過對巷道內(nèi)多個揭露斷層的長期監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)斷層對奧灰(O2)水含水層的影響較小，導(dǎo)水性較弱，因此奧灰(O2)水含水層對一采區(qū)回采工作面的回采基本無影響。

2) 太灰含水層。礦井地質(zhì)資料顯示，井田內(nèi)+497 m標(biāo)高存在的太灰含水層與一采區(qū)回采工作面底板的平均層間距為80 m，導(dǎo)致該工作面承受1.89～2.41 MPa的壓力。一采區(qū)回采工作面巷道掘進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)，幾個落差較大的斷層在接露時有大量水從底板涌出，并且持續(xù)時間較長，為導(dǎo)水性較強的斷層，因此太灰含水層可能對回采造成較大影響。

3 工作面下伏巖層破壞情況分析

使用FLAC3D數(shù)值模擬軟件[1-3]分析一采區(qū)回采工作面下伏含水層對工作面回采的影響，建模時將斷層簡化為落差16 m、傾角為55°的正斷層，對模型施加9 MPa的載荷代替覆巖載荷，將工作面向斷層方向回采，直至通過斷層影響范圍，共150 m，以此來研究斷層影響下工作面回采時底板的破壞情況，并準(zhǔn)確了解下伏太灰水、奧灰水的突水情況，以指導(dǎo)一采區(qū)回采工作面安全回采，所建模型如圖1所示。

圖1 建模示意

共設(shè)計三個方案來研究水害及其治理情況：方案一為無斷層正?；夭汕闆r；方案二為有斷層不采取治理措施的回采情況；方案三為有斷層并進(jìn)行底板注漿加固的回采情況。三種方案下底板塑性區(qū)模擬結(jié)果見圖2。

圖2 底板塑性區(qū)發(fā)育情況

由圖2(a)可知，當(dāng)工作面不受地質(zhì)構(gòu)造影響時，工作面的塑性發(fā)育區(qū)主要為工作面頂板及兩端頭的底板，工作面端頭底板的最大破壞深度為24.96 m，遠(yuǎn)小于工作面與含水層的層間距，整體上看底板較完整，故無斷層時工作面回采無突水風(fēng)險；由圖2(b)可知，當(dāng)工作面內(nèi)存在落差16 m的斷層時，工作面回采圍巖的塑性區(qū)范圍明顯增大，尤其工作面兩端頭的底板破壞深度達(dá)到60.49 m和93.38 m，而工作面與太灰水含水層的層間距為80 m，故工作面回采擾動會導(dǎo)致斷層與太灰水含水層溝通，致使工作面及采空區(qū)有大量水涌出，影響安全生產(chǎn)；由圖2(c)可知：對斷層區(qū)域底板進(jìn)行注漿加固后再進(jìn)行回采作業(yè)，工作面圍巖的塑性區(qū)范圍較有斷層不治理情況下明顯減小，斷層附近底板受回采擾動影響后的最大破壞深度縮小至56 m，小于工作面與太灰水含水層80 m的層間距，故斷層存在并對底板進(jìn)行注漿加固后可使底板的破壞深度小于工作面與含水層的層間距，避免了斷層受回采擾動溝通含水層而涌水的情況。

綜上分析，針對工作面回采范圍內(nèi)存在的F1162、F1033、F1062等斷層由于落差較大可能受回采擾動與太灰水含水層溝通，造成底板突水，需對底板注漿加固有效降低底板的破壞深度，避免突水。

4 斷層影響范圍內(nèi)底板注漿加固現(xiàn)場試驗

4.1 注漿方案

工作面范圍內(nèi)共有4條落差較大的斷層對回采影響程度較大，為徹底杜絕回采過程中突水事故的發(fā)生，在兩巷道內(nèi)工作面前方500 m均布置7個鉆場，相鄰鉆場間隔50 m，每個鉆場內(nèi)沿各個方向布置6個垂直深度達(dá)80 m的注漿鉆孔，使?jié){液可以加固全部底板。應(yīng)用礦方注漿加固自行配比所得的注漿材料進(jìn)行底板注漿加固，水泥與粘土的配比為1∶3。用二級套管作為注漿管，在斷層附近底板裂隙發(fā)育程度高的區(qū)域用三級套管作為注漿管，采用三級法蘭盤結(jié)構(gòu)固定注漿管[4]，現(xiàn)場根據(jù)注漿情況調(diào)節(jié)漿液配比，底板注漿加固示意如圖3所示。

圖3 回采工作面底板注漿加固鉆孔布置

4.2 效果分析

注漿加固完成后，通過在工作面運輸巷內(nèi)進(jìn)行瞬變電磁探測，以檢驗注漿加固底板的堵水效果。自運輸巷1 600 m處起至切眼處共500 m范圍內(nèi)每隔10 m布置1個測點，每個測點選俯角30°和60°向工作面底板內(nèi)進(jìn)行探測以提高結(jié)果的精確性，底板注漿加固前后的探測結(jié)果如圖4所示。

由圖4(a)可知，底板未注漿加固時，瞬變電磁探測結(jié)果顯示一采區(qū)回采工作面切眼前500 m范圍內(nèi)受斷層影響，存在圖中A、B、C三片面積較大的富水區(qū)域，存在較大突水風(fēng)險；圖4(b)顯示，切眼前500 m范圍內(nèi)進(jìn)行底板注漿加固后，該范圍內(nèi)已無明顯的富水區(qū)域，說明底板注漿加固后可以避免回采過程中底板裂隙與含水層溝通，效果良好。

圖4 探測結(jié)果

5 結(jié) 語

針對某礦一采區(qū)回采工作面范圍內(nèi)存在4條落差較大的斷層，有可能導(dǎo)通太灰水含水層影響工作面的安全回采，通過底板注漿加固的方式，有效治理了底板水害，取得了良好效果。