陷落柱注浆加固封堵技术研究

陷落柱注浆加固封堵技术研究

樊保成

冀中能源股份有限公司河北省邢台市054000

摘要：通过防治水技术在陷落柱的科学应用，使邢台矿51109工作面得以安全回采，极大的提高了煤炭资源的回收率，取得了客观的经济效益。

关键词：51109陷落柱注浆加固效果评估

1.概况

51109工作面位于51100采区北部，西风井西南1500米。工作面东部紧邻51105采空区，南至15米基岩等后线，西部靠近南水北调及邢汾高速保护煤柱线，北至51100采区运输上山。煤层厚度在1.3-2.8米之间，平均煤厚1.8米，煤层标高位于-50—100米，基岩厚度在15-57之间。

51109工作面位于邢台矿区51100采区北部，与东部51105工作面以F32断层相隔，北以51100运输上山为界，南到15米基岩线。该工作面煤层标高在-50～-90米之间，煤层厚度1.5～2.1米，平均煤厚1.8米，在51109运料巷返掘中揭露一陷落柱，陷落柱长轴34.5米，短轴24米，严重影响了正常的掘进工作进展。通过采用注浆加固技术进行堵水和加固，保证了工程顺利进行。通过钻探验证物探异常区，坑透1#异常区为陷落柱，掘进期间已钻探验证陷落柱5煤层位下35米内部不富水；坑透2#异常区为断层构造，落差小于2米，为不含导水断层。

在5519运料巷返掘中，揭露一陷落柱边缘，陷落柱内充填较密，岩层充填杂乱胶结较好，岩石表面上有黄铁矿结晶成份，柱内裂隙部分被碳酸镁、碳酸钙沉淀充填，巷道揭露陷落柱边缘顶板有滴淋水现象。

为进一步查清该陷落柱的具体大小、含导水性，施工了5个陷落柱范围探查孔，均未见出水，确定陷落柱长轴35米，短轴20米，其次考虑对陷落柱注浆加固，对陷落柱范围5煤层位下30-40米段进行了钻探及注浆加固，共施工3个孔，均未见出水现象，注浆加固使30-40米段形成隔水层，防止回采后陷落柱滞后出水发生。

2.水文地质简介

51109工作面煤层上距底砾弱含水层15～55米，底砾厚度15.9米，上距野青弱含水层7.95～8.6米，野青厚度3.67米，下距大青中等含水层62.5～71.2米，大青灰岩厚度4.39米。该地区水文地质条件较复杂，岩溶裂隙及构造较发育，底砾含水层及野青灰岩富水性较弱，5煤底板局部砂岩水较丰富，大青灰岩在该地区富水性较强，51105工作面钻探查明大青与奥灰存在水力联系。51109运料巷返掘到60米处，揭露一陷落柱边缘，巷道揭露长度8米，未发现陷落柱有出水征兆现象，在3天以后，发现揭露陷落柱区域巷道顶板出现滴淋水现象，总水量0.5m3/h，水质化验结果为冲积层水。

3.设计目的和任务

采用物探与钻探相结合的技术方法，确定陷落柱范围大小，并对陷落柱范围5煤底板下35米处进行注浆加固，防止工作面开采破坏底板导致陷落柱出水，确保51109工作面开采安全。

4.综合技术探测

4.1物探：

采用无线电波透视技术，初步确定陷落柱的范围。

4.2钻探

4.2.1探测目的

结合物探成果资料，利用钻探探测，准确查明陷落柱范围大小。

4.2.2钻探位置

51109运料巷103#处钻窝内。

4.2.3钻孔布置及设计要求

在巷道揭露陷落柱处向面内呈扇形布置钻孔，钻孔终孔间距20米，共设计2个孔，总工程量77米，详见下表：

陷落柱探测孔设计参数表

4.2.4钻孔结构及技术要求

钻机在5煤顶板下1米煤层中开孔，使用58mm钻头钻进至终孔位置。在钻进过程中，要及时准确记录揭露、穿过陷落柱位置，及其它水文地质情况。

5注浆加固

5.1钻孔布置

根据钻探陷落柱范围，分别在陷落柱中间及两侧各布置一个钻孔，终孔间距15米，终孔层位5煤底板下35米。

5.2注浆设备、原料及注浆方法

注浆设备为150泥浆泵。注浆主要原材料为标号425#水泥，若钻孔无法注浆时，可采用灌浆处理，所有注浆孔注浆结束后均要关闭阀门封孔；当注浆钻孔涌水量大、试注吃浆量大时，可选择性采用矿渣水泥、粉煤灰、粘土等。

注浆加固钻孔设计参数表

5.3孔口水压及套管长度确定

若探测陷落柱5煤底板下40米出水，按近年奥灰最高水位+20米考虑，孔口承受最大静水压力为0.85Mpa，根据《煤矿防治水规定》要求，按孔口水压1.5倍考虑，孔口管长度取12米。

5.4钻孔结构及孔口装置

钻机开孔必须在5煤底板岩层中进行，下止水套管（孔口管）12米。注浆钻孔由Ф108mm钻头开孔、下Ф89mm止水套管、裸孔Ф75mm组成。Ф108mm开孔12.5米，下Ф89mm止水套管12米，管上焊接肋条即防滑铁块并保持孔口管外与岩层空隙均匀，孔口管中心与钻孔中心一致。使用1：1水泥浆注浆凝固三天，注浆时必须从89mm管内使用注浆泵压入水泥浆，并保持孔口管外与岩石之间浆液饱满。然后使用75mm钻头扫孔12米，作耐压试验，要求承受压力不得小于孔口静水压力的1.5倍1.5兆帕，稳定30分钟后方可使用，若出现漏水现象必须重新注浆做耐压试验，直至符合设计要求，然后使用75mm钻头钻进，至设计孔深。

5.5钻探注浆要求

注浆加固孔钻探过程中，严格按照陷落柱加固设计要求进行施工，待所有注浆加固孔施工完毕后方可进行注浆加固。首先在各注浆孔上安设注浆孔口装置，往孔内注清水1小时，测试管路压力，观察有无跑、冒、滴、漏现象，合格方可进行注浆；浆液配比应遵循由稀到浓的原则，逐级改变，结束时又略变稀。初始水灰比一般控制在1：0.4以下（比重1.2），压力稳定后可将水灰比逐渐提高，临近结束时调回初始水灰比，孔口注浆压力达到孔口水压的3倍+1.5MPa时可结束钻孔注浆；孔口压力接近终孔压力时，开泵人员必须立即向班长和值班人员汇报，准备随时停止注浆，注浆达到设计压力后压清水10分钟，然后关闭孔口阀门结束注浆。注浆过程中，及时对巷道进行观察，发现顶、底板及帮出现串浆（出水）现象时，可采取间歇式（注1小时，停0.5小时）注浆法，直至串浆现象消失。

5.6注浆检查

若在施工陷落柱加固钻孔时出水，当所有注浆钻孔结束后，必须施工注浆检查孔，检查孔水量不大于3m3/h，说明注浆效果较好，否则作为注浆孔进行补注浆，然后重新施工检查孔，直至达到检查标准。

6.钻探施工要求

1)施工过程中，必须严格按照钻孔设计要求施工。

2)严格按照设计要求下孔口套管，开孔下孔口管、注浆试压、终孔注浆时，必须通知地测科水文组到现场进行验收，并有相应的质量验收单。孔口管注浆不合格时不得钻进，必须重新注浆直至符合要求。

3)施工结束后，待有关技术人员确定施工达到目的，方可终孔。

4)注浆钻孔只要能注入时，尽可能多注浆，注浆结束关闭阀门，凝固3天以上，打开阀门核查钻孔封堵情况，要求封孔质量良好，并有封孔质量验收单。

5)钻机附近要安装电话，以便联系。

6)若钻孔出水时要立即停止钻进，不得拔出钻杆，设法固定钻杆，水量小时观测水量，水量大时设法关闭阀门，并及时向调度室等有关部门汇报。

7)施工单位及时做好探测记录，必须编制专门打钻施工安全措施。

7.效果评估

在陷落柱比较发育的地区，煤系地层中的煤层及其周围的岩石常遭到严重的破坏,甚至会出现陷落柱和含水层、裂隙水沟通，发生透水事故，给煤矿生产造成了很大的困难。出现了陷落柱不利于巷道支护，很可能出现大面积冒顶事故。陷落柱还意味着出现了无煤区，工作面要跳采即搬家。硬过陷落柱易出现事故，一般重新布置切眼。51109是个特例，开创了硬过陷落柱而未发生冒顶事故的代表。这与前期的注浆加固是分不开的。通过注浆加固使51109工作面陷落柱得以很好的治理，失去了导水性，其对工作面的突水危险已基本解除，可以进行回采。

为进一步查清该陷落柱的具体大小、含导水性，施工了5个陷落柱范围探查孔，均未见出水，确定陷落柱长轴35米，短轴20米，其次考虑对陷落柱注浆加固，对陷落柱范围5煤层位下30-40米段进行了钻探及注浆加固，共施工3个孔，均未见出水现象，注浆加固使30-40米段形成隔水层，防止回采后陷落柱滞后出水发生。

通过防治水技术在51109陷落柱的科学运用成功的解决了因陷落柱造成的回采困难，保证了安全生产，极大的提高了煤炭资源的回收率，使矿井服务年限得到延长，获得了丰厚的经济效益。

参考文献：

1杨孟达等.煤矿地质学.北京:煤炭工业出版社,2000

2庞渭舟等.煤矿水文地质学.北京:煤炭工业出版社,1980

3魏可忠.矿井地质.北京:煤炭工业出版社,1987