综放工作面过褶曲及断层影响区防治水技术研究_高浩.pdf

图 1采面断层及褶曲分布示意图图 2探测钻孔深度以及钻孔涌水量统计结果2001801601401201008060402001831781921403.41201171.64.03.53.02.52.01.51.00.50TD1TD2TD3孔号10.60.680.6涌水量孔深TD4TD5TD6综放工作面过褶曲及断层影响区防治水技术研究高浩（山西汾西矿业（集团）有限责任公司柳湾煤矿，山西孝义032303）摘要：401101 综放工作面回采范围内发育有 X1 向斜及 DF29 断层，在向斜及断层叠加影响区内煤层标高较低且裂隙发育，给煤炭安全回采带来一定制约。针对采面地质情况以及 DF29 断层具有一定富水、导水性特征，提出以超前疏排、注浆封堵以及限高开采等方式进行防治水，降低断层影响范围内涌水量以及开采扰动；通过完善采面排水系统、增大排水量解决褶曲影响范围内煤层底板标高低、容易积水问题。现场应用后，采面在过褶曲及断层影响区时顶板淋水量较小且采面顶板、支架等始终保持稳定，取得较好应用成果。关键词：综放开采地质构造防治水导水裂隙注浆封堵中图分类号：TD745文献标识码：A文章编号：1004-7050（2022）09-0093-03引言断层、褶曲等地质构造是煤炭开采时常见构造类型，采煤工作面在地质构造影响区内回采时面临围岩破碎、变形量大等问题，直接影响即为顶板管理困难、煤壁片帮等1-2。同时由于褶曲及断层影响区附近裂隙发育，构造裂隙是较好的导水及储水通道，若采面无计划揭露含水断层或者褶曲时，轻则导致涌水量增大，重则出现安全事故，带来人员伤亡及财产损失3-5。厚煤层开采具备产量高、经济效益好等优点，但是煤炭开采时采动压力影响范围广泛，容易活化地质构造，给防治水以及顶板管理等工作带来影响。为此，众多学者对综放工作面过地质构造时构造应力演化特征、活化机理、注浆加固（封堵）技术等进行大量研究并取得较好应用成果6-8。文中就在以往研究成果基础上，以山西某矿 401101 综放工作面过褶曲及断层影响区为背景，针对性提出防治水技术，实现了煤炭安全高效回采。1工程概况山西某矿设计产能 560 万 t/a，井田开采面积35.7 km2，开采范围内煤层普遍较厚，复赋存条件较好，水文地质条件中等-简单。401101 综放工作面设计走向、倾向长分别为 1 105 m、429 m，回采 11#煤层，煤层厚度 9.8 m，赋存稳定，为矿井主采煤层。11#煤层开采期间主要涌水水源为上覆砂岩裂隙水含水层，该含水层厚度为 125 m198 m，富水性较弱。采面运输巷及回风巷分别掘进至 1 010 m、635 m 处揭露DF29 断层（H=15 m18 m，6560），回采巷道揭露断层期间顶板岩体裂隙发育，同时出现少量淋水，断层面内充填有泥岩。同时 DF29 断层发育区位于X1 向斜轴部，受向斜构造影响该位置煤层标高较低，容易导致顶板裂隙水富集。为详细掌握断层以及褶曲分布情况，在采面回采巷道内进行槽波探测，具体探测成果，如图 1 所示。为探测 DF29 断层富水情况，在采面回采巷道内布置探测钻孔对断层富水区进行探测，共计布置 6 个探测钻孔，具体探测钻孔深度以及钻孔涌水量统计结果，如图 2 所示。从探测成果看出，探测钻孔涌水量介于0.6 m3/h3.4 m3/h，断层破碎带内有一定量积水，断层破碎带内充填物以砂质泥岩为主。当采面回采至DF29 断层影响区时由于断层破碎带内有一定积水加之受到 X1 向斜影响，此区域煤层底板标高降低，采面在回采期间面临较大的水害威胁同时采面顶板破碎，冒顶风险较高。2综合防治水技术应用采面在过褶曲及断层影响区时使用超前疏排、注浆封堵、快速推进以及完善采面排水系统等方式进行综合防治水。2.1超前疏排在采面回采巷道内向 DF29 断层影响区内布置超前疏排钻孔，对断层内积水进行疏排，其中采面回收稿日期：2022-04-01作者简介：高浩，男，1989 年出生，毕业于重庆大学，本科，工程师，从事防治水相关工作。总第 205 期2022 年第 9 期山西化工Shanxi Chemical IndustryTotal 205No.9，2022DOI:10.16525/14-1109/tq.2022.09.038涌水量/（m3 h-1）孔深/m专题讨论山西化工第 42 卷风巷、运输巷分别布置 8 个钻孔，钻孔终孔间距控制在 25 m，实现采面开采范围内全覆盖。布置的超前疏排钻孔终孔均应穿过断层破碎带。布置的超前疏排钻孔累积排放水量约为 825 m3。2.2断层带超前注浆断层超前主要包括有注浆封堵破碎带内导水裂隙以及维护采面顶板稳定。注浆钻孔分别布置在回采巷道以及开采面内。2.2.1回采巷道内超前注浆通过超前注浆可实现断层破碎带内导水裂隙封堵并避免采面回采至断层破碎带时出现顶板冒落或支架压架等问题。在回风巷以及运输巷内共计布置17 个注浆钻孔，累积向断层破碎带内注入 9.2 t 水泥。2.2.2采面内超前注浆采面内超前注浆主要目的是确保顶板稳定，避免回采过断层影响区时出现冒落或者支架失稳等情况。为实现顶板有效控制，在采面液压顶梁上铺设金属网并在支架前梁中间按照 1.75 m 间距施工锚索（规格21.8 mm7 100 mm、向煤壁方向倾斜 60），通过锚索及金属网提高顶板稳定性。通过采面注浆方式进一步提升顶板岩体稳定性，注浆浆液采用 SCPJG 复合材料（浆液包括 A、B 两种组分），钻孔开孔距离煤层底板 3.5 m、钻孔间隔 3.5 m（隔架注浆），具体布置，如图 3 所示。钻孔施工均用 MQT-130 锚杆钻机，孔深6 000 mm、孔径 42 mm、封孔 2 000 mm。施工完成后及时向钻孔内注入 SCPJG 复合材料。2.3限高开采根据以往 11#煤层回采时顶板垮落带、裂隙带观测结果得出，开采后引起的顶板裂隙带上限约为开采厚度的 22.56 倍，若采面过断层期间仍放煤，则 DF26断层及开采后顶板裂隙成为较好的导水通道，会增加顶板砂岩裂隙向会回采空间涌出量。为降低采面开采扰动并避免 DF26 断层与顶板砂岩裂隙水含水层连通，在 DF26 断层影响区内采用限高开采方式。具体限高开采范围内 DF26 断层前后 75 m 范围内，如图 4所示，在限高范围内不放煤，同时将采面推进速度由以往 3.2 m/d 提升至 6.4 m/d，降低开采扰动影响。2.4完善采面排水系统在 401101 综放工作面过 DF29 断层及 X1 向斜影响区之前，即参照预测得到的断层涌水情况改造1#水仓及 2#水仓。在运输顺槽内 1#水仓扩容至800 m3，水仓内配备 2 台排量 600 m3/h、2 台排量500 m3/h 水泵，回风巷内布置的 2#水仓扩容至 600m3，水仓内配备 5 台排量 600 m3/h 水泵。1#及 2#水仓均通过 3 趟管径 325 mm 排水管与中央水泵房连接，排水管路理论排水量可达到 1 500 m3/h，通过完善的排水系统可明显降低采面过断层及褶曲期间突水风险。3应用效果分析在 401101 综放工作面采取综合防治水技术措施后，采面在过 DF29 断层及 X1 向斜影响区时断层及褶曲影响范围内煤体及顶板岩层始终稳定，回采期间未出现顶板冒落、煤壁片帮或者支架不稳等情况；同时过断层期间顶板淋水始终在 20 m3/h 以内，淋水量较小，不会给煤炭正常回采带来制约。通过采取综合性防治水技术，401101 综放工作面得以安全、快速通过 DF29 断层及 X1 向斜叠加影响区。4结语综放工作面回采时由于煤层厚度较大，开采后矿压显现更为明显、顶板导水裂隙发育高度更大，更容易导致断层等地质构造活化，增大防治水工作难度。401101 综放工作面回采期间会通过 DF29 断层及 X1向斜叠加影响区，断层具备一定的富水性同时在向斜影响下煤层底板标高较低，防治水及排水难度较大。依据 401101 综放工作面现场情况，提出综合性防治水技术措施，具体举措包括有钻孔超前疏排、注浆封堵、完善采面排水等并通过顶板注浆、限高开采以及适当增加回采速度等方式降低开采采动影响。现场应用后，采面在过 DF29 断层及 X1 向斜叠加影响区时顶板始终保持稳定，采面淋水量控制在 20 m3/h以内，取得较好的防治水效果。参考文献1张旺余，唐洪，袁西亚.特厚煤层综放工作面向斜轴部过断层防治水技术J.陕西煤炭，2021，40（Suple1）：102-105.2黄天缘.61303 工作面特厚煤层采前防治水安全性评价D.合肥：安徽建筑大学，2021.图 3采面内注浆钻孔布置示意图工作面煤壁3 500注浆孔2 0006 00012 0004 2404 2407 760图 4限高开采区范围示意图942022 年第 9 期Study on Water Prevention and Control Technology of Roadway Tunneling Through WaterConducting FaultCao Kuanjian（Shanxi Coking Coal Fenxi Mining Industry Jiaguo Coal Mine,Qinyuan Shanxi 046500）Abstract:The driving of 2503 transport roadway needs to pass through DF21,DF22 and other water conducting faults.Under the influenceof the faults,the surrounding rock is broken and the bearing capacity is insufficient.In order to improve the efficiency of roadwayexcavation and improve the safety assurance capability,it is proposed to use curtain grouting method to seal the fault water conductingfissure and reinforce the broken coal and rock mass,and the curtain grouting reinforcement scheme is designed according to the siteconditions.After the application of the project,no problems such as water sprinkling and large deformation of surrounding rock occurduring the tunneling through the water conducting fault,and good water control effect has been achieved.Key words:roadway excavation;water conducting fault;surrounding rock reinforcement;curtain grouting;water prevention technology（上接第 90 页）Study on Long Distance Liquid Supply Technology in Fully Mechanized Mining FaceChang Yu（Fenxi Mining Industry Group Gaoyang Coal Mine,Xiaoyi Shanxi 032300）Abstract:In order to improve the liquid supply efficiency of the fully mechanized mining face and solve the pr