赵庄二号井2314回采工作面富水陷落柱注浆加固实践_时静修.pdf

20170536- 39. [5] 蔚保宁. 浅埋煤层综采面切顶卸压无煤柱开采技术研究 [J].内蒙古煤炭经济,20161793- 95. 作者简介 霍永鹏 （1981.10-） ， 男， 汉族， 山西平遥人， 2009 年毕业 于太原理工大学， 工程师， 研究方向 采矿工程。 （收稿日期 2019- 7- 30） 赵庄二号井 2314 回采工作面富水陷落柱注浆加固实践 时 静 修 （晋煤集团晟泰公司矿山技术服务分公司 ，山西 晋城 048000 ） 摘要 针对赵庄二号井 2314 回采工作面过富水陷落柱工程实际， 为保证生产安全且获得的技术经济 效益最大化， 运用注浆加固的方法来防控工作面过陷落柱可能引起的突水灾害。提出合理的钻孔位置、 钻孔设计、 施工顺序及加固措施， 并进行了效果检验。实现消除突水及滞后导水威胁， 有效降低围岩变 形， 保证了回采工作正常有序进行， 对赵庄二号井工作面过富水陷落柱具有积极的指导及借鉴价值。 关键词 回采工作面 ； 陷落柱 ； 富水 ； 注浆 ； 加固 中图分类号 TD265文献标志码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 03- 0052- 03 Practice of Grouting and Reinforcement of Water-rich Subsidence Column in 2314 Mining Face of Zhaozhuang Well No. 2 SHI Jingxiu （Jinmei Group Shengtai CompanyMine TechnologyService Branch ， , Jincheng048000 ，China ） Abstract Aiming at the actual project of over- water- falling columns in the 2314 working face of Zhaozhuang No. 2 well, in order to ensure the safetyofproduction and maximize the technical and economic benefits, groutingand strengthenings are used toprevent and control the over- falling columns in the working face Water inrush disaster. Reasonable drilling positions, drilling design, construction sequence, and reinforcement measures were put forward, and the effects were checked. It can eliminate the threat of water inrush and lagging water conduction, effectivelyreduce the deation ofsurroundingrocks, and ensure the normal and orderlyrecoveryofmining. Keywords workingface ; subsidence column ; water- rich ; grouting; reinforcement 0引言 陷落柱是煤系奥陶岩层经地下水溶掏蚀后， 形 成的大面积空洞[1]， 在煤系地层中， 陷落柱限制了煤 矿的快速安全生产。对于富水陷落柱的处理往往选 择优化采矿方法来避开陷落柱区域， 实现快速推进 通过该区域[2-3]， 或者采用超前预裂爆破技术来通过 富水陷落柱[4-5]。但是复杂区域难以完成快速的搬家 倒面工作， 且要重新施工巷道， 工程量较大， 造成采 面停产； 此外， 运用超强预裂爆破技术时， 难以控制 爆破对围岩的损伤， 可能会带来围岩控制困难以及 突水等新问题。因此， 现阶段工作面过陷落柱时需 要在对陷落柱区域进行设计优化的同时进行注浆 加固来控制围岩[6-10]， 特别在大采高、 大倾角工作面 运用注浆加固技术通过富水陷落柱的实践成功更 加表明该技术成熟， 治理有效[11-12]。本文针对赵庄二 号井 2314 回采工作面过 JDX6 富水陷落柱问题， 设 计采用注浆加固方法对陷落柱进行处理， 以达到安 全生产目的。 1工程概况 2314 工作面 23142 巷 220～340m 以北 15m 处 发育 JDX6 陷落柱 （长轴 230m， 短轴 140m ） ， 如图 1 所示。根据物探、 钻探以及化探测试结果， JDX6 陷 落柱导富水较强。截止 2016 年 2 月底， 总疏放水量 约 45000m3， 涌水量大， 水源复杂。 另外， 该陷落柱水 源主要是来自顶板的 K 砂岩水、 K8 砂岩水以及底 板的 K5 灰岩水。钻探期间陷落柱预计正常涌水量 15～25m3/h， 最大涌水量 55 m3/h。 现巷内共 3 个水仓， 共铺设有两趟排水管路 （4 寸、 6 寸 ） ， 1 号水仓内有两 台 15kW 潜水泵 （一用一备） ， 2 号水仓内有两台 15kW潜水泵 （一用一备 ） ,3 号水仓内有两台 37kW离 心泵 （一用一备 ） ， 且巷内右帮均有水沟， 水能顺利流 入水仓内， 排水能力能够满足设计的最大涌水量。 2注浆加固方案设计 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 52 ChaoXing 图 1陷落柱位置图 2.1施工位置选择 本次注浆施工在 23142 巷内进行施工。23142 巷总设计施工长度为 949.3m。巷道为全煤巷， 断面 形式采用矩形断面，支护形式为锚网索联合支护， 巷道净宽 4.3m，净高 3m。巷内左帮敷设有风水管 路， 右帮悬挂有电缆、 信号线等， 巷中铺设有一部轨 道 （后期钉道， 安装绞车至注浆钻场处） ， 此巷为全 负压通风巷道。 2.2钻孔施工原则 遵循 “突出重点， 兼顾一般” 的原则， 先按钻孔 终孔位置在灰岩中 30m 的扩散半径均匀分布工作 面范围基础上适当加密布置注浆钻孔 1） 工作面距离陷落柱边界较近的区域位置; 2） 陷落柱附近 23142 巷拐弯处， 应力最集中的 区域； 3） 已施工注浆钻孔探查出的富水区域。 2.3钻孔工程布置 钻孔工程布置分两类， 第一类钻孔为采场侧帮 底板方向陷落柱加固钻孔， 共布置 12 个注浆钻孔， 3 个检查兼补充注浆钻孔，平面上钻孔落点位置呈 不规则梅花形； 第二类钻孔为沿顺层侧帮及顶板方 向布置的围岩加固钻孔， 剖面上钻孔轨迹呈扇形布 置， 共 20 个钻孔。如图 2、 图 3 所示。 图 2JDX6 陷落柱底板注浆加固钻孔布置图 2.4钻孔结构 注浆钻孔主要采用 ZDY1250 型全液压钻机或 ZDY- 2000S 煤矿用全液压坑道钻机施工。分 3 步骤 进行。 图 3JDX6 陷落柱顺层及顶板注浆加固钻孔布置图 1）开孔进入新鲜完整基岩 5m， 下入 Φ146mm 地质孔口管， 水泥盘麻固管； 2） 继续钻进进入底板 12m， 下入 Φ108mm 止水 套管， 用水泥盘麻做止水固管； 3） 开裸孔 Φ73mm 进入终孔层位， 洗孔观测孔 内静止水位。注浆孔孔结构见图 4。 图 4钻孔结构图 2.5注浆设备及材料 2.5.1主要设备 主要注浆设备包括 ZBY1.8/12.0- 11 型煤矿用 液 压 双 液 注 浆 机 、 ZDY1250 型 全 液 压 钻 机 、 ZDY- 2000S 煤矿用全液压坑道钻机等 2.5.2注浆材料 1） 胶结材料主要成分为 32.5 普通硅酸盐水泥 及粉煤灰。其中粉煤灰为细粉煤灰， 砂为当地产中 细沙， 粒径根据钻孔实际揭露情况确定。 2） 早强剂为 0.03～0.05三乙醇胺、 0.3～0.5 食盐。 设备及材料具体参数见表 1。 表 1注浆设备及材料一览表 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 名称型号 注浆设备 煤矿用液压双液注浆机ZBY1.8/12.0- 11 全液压钻机ZDY1250 煤矿用全液压坑道钻机ZDY- 2000S 注浆材料 名称型号 （含量 ） 普通硅酸盐水泥32.5 三乙醇胺0.03～0.05 食盐0.3～0.5 粉煤灰 53 ChaoXing 2.6施工作业方法及工艺 2.6.1作业方法 安全检查→敲帮问顶→定眼→开孔注管→压 力检验→钻进→注浆→下一次钻进→注浆 （不断重 复进行至终孔） →清理现场。 2.6.2施工工艺 1） 每次注浆前， 均要进行压水。压水试验成果 以吸水率 q 表示 qQ/pL（1） 式中 q 为吸水率， L/min.m2；Q 为压入流量， L/min；P 为压力， MPa；L 为受注层段长度， m。 2） 根据试验结果对浆液类型、 浓度进行确定。 根据实际情况， 对浆液浓度进行优化调整。 3） 每次注浆结束后均要向孔内进行压水， 压水 量为管路与孔内体积之和的两倍。 4） 要对压水试验及注浆过程进行详细记录， 为 下一步施工提供依据。 3效果检验 3.1钻孔检验 注浆结束后实施 4 个检验孔， 取芯检验注浆加 固效果并实施水压、 水量检测， 结果如下 1） 经检验， 检验孔取得岩芯充填效果明显， 岩 芯完整度达 70％， 说明注浆对陷落柱围岩起到较好 的封堵加固作用。 2） 通过水压、 水量检验发现 注浆加固后测定 最大水压为 0.26 MPa， 出水量最大为 4.4 m3/h， 与注 浆前测得最大水压 0.96 MPa，最大水量为 60 m3/h 相比， 效果明显。表明浆液有效封堵裂隙通道， 其导 水连通性得到较好控制。 3.2工程检验 未进行注浆加固过陷落柱时， 工作面会出现煤 壁片帮、 冒顶等问题如图 4 （a ） 所示； 在 32 个注浆孔 注浆完成后， 经检验后在 2314 工作面过 JDX6 陷落 柱时，围岩控制情况远好于未进行注浆加固时， 如 图 4 （b） 所示。 （a） 未注浆情况（b） 注浆情况 图 4工作面现场情况图 4结论 1） 针对赵庄二号井 2314 回采工作面过富水陷 落柱提出了运用注浆加固的方法来进行防控。根据 实际采矿地质条件设计施工 32 个注浆孔，孔口直 径 73mm。 2） 注浆后经钻孔检验注浆后岩体胶结完整， 裂 隙封堵情况良好； 在过 JDX6 陷落柱注浆加固区时， 煤壁片帮小， 顶板控制情况良好， 工作面回采顺利。 参考文献 [1] 王屹．梧桐庄矿导水陷落柱的水源辨识研究[J].华北科 技学院学报， 2012 （4） 5- 8． [2] 殷秀文,徐美玲,孙占杰.深孔预裂爆破技术在工作面过陷 落柱的应用[J].山西冶金,2019,42 （3） 41- 4245. 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