辛置煤矿注浆堵水中软体骨料的实践

王克勤

（霍州煤电集团有限责任公司辛置煤矿，山西 霍州 031400）

辛置煤矿21001工作面11#突水点位于21采区，之前涌水量稳定在300m3/h，8月6日10时30分涌水量突然增大至600m3/h，必须进行治理。

1 水文地质条件

辛置煤矿属水文地质条件复杂矿井，煤田含水层组有四组，影响井田的为上石炭系太原统石灰岩含水层组，在这一含水层组中有八个含水层，其中第8层石灰岩（简称L8）含水层对本煤田2煤层有直接影响。含水层平均厚度7.4 m，距2煤层底板约20m，其补给水源来自北部山区降水补给，水量补给充沛，水头压力大，建矿以来曾多次发生突水淹井或淹面，给矿井生产带来严重的水害威胁。

2 突水原因分析

霍州矿区断裂带往往胶结较好，并充填断层泥、角砾岩等，一般不透水，形成含水层与煤层间相对稳定的“屏障”。在巷道穿过断层带进入另一盘含水层时，受掘进围岩矿压扰动导致巷道突水，也有的断层裂隙发育导水，当巷道掘进揭露后，立即引起突水。

21001 工作面11#突水点标高为-31.4m，2001年3月L8水位标高为+58.55m，水压为0.89MPa（目前L8水位标高为+0m，水压为0.31MPa），局部L8灰岩含水层厚度为8.5m左右。突水巷道距万6断层18m（万6断层落差为24m）。L8灰岩含水层与2煤层直接接触。

突水点突水原因：（1）掘进时L8灰岩含水层水压较高（0.89MPa），地下水补给径流充沛，是较好的充水水源。（2）掘进巷道已经接近或揭露万6断层或万6支断层，该断层为导水断层，致使L8灰岩含水层与2煤直接接触，形成直接充水通道。（3）未执行“有疑必探”探放水原则，管理失控导致巷道掘进揭露导水断层而突水。

21001 工作面11#突水点位于21采区最上部，涌水通过两种途径汇入二水平泵房：一部分涌水从21001回风巷通过管路导入二水平泵房，另一部分经21采区东翼采空区流入二水平大巷到二水平泵房。21001工作面11#突水点涌水量增大后，直接导致21001掘进工作面无法施工，同时威胁下部准备充填开采的21轨道煤柱工作面安全生产和正常回采。

为确保21轨道煤柱充填工作面的安全开采，减少矿井涌水量，降低矿井排水费用和顺利开采21001工作面，拟对21001工作面11#突水点进行注浆堵水并对万6断层带注浆加固。

3 软体骨料注浆堵水的技术特性分析

地下岩层按其赋存状态分为致密胶结状岩层、松散状岩层、孔洞或裂隙状岩层。致密胶结状岩层具有致密、不透气、不透水等特性，典型的有泥岩、粉砂岩、铝土岩等岩石。松散状岩层具有渗水、透气等特性，典型的有砂岩、流沙层等岩石。而孔洞或裂隙状岩层具有储水、流水、透气等特性，典型的有石灰岩等岩层。

软体骨料主要是由一种有机生物体、石子和沙子组成，既称得上为充填骨料，本身又是软体充填物。软体骨料容易适应地质构造中裂隙、溶洞等不规则形状且能遇水膨胀并充填其中。有机软体骨料具有性软、膨胀、光滑、流动性好等特性，适宜充填岩层裂隙、溶洞等，具有其他材料不可替代的充填堵塞作用。21001出水点主要为L8灰岩出水，因此，封堵、挤压L8灰岩中裂隙和溶洞水及截断向出水点供水补给通道，软体骨料具有极好的堵水特性。

4 充填软体骨料堵水工程施工方案

在21001工作面11#突水点断层另一侧l号钻场设计3个注浆钻孔（钻孔布置图见图l），通过出水点补给方向注浆充填封堵L8含水层的充水通道。

钻孔施工：采用T685WS车载顶驱钻机，复合钻进技术纠偏，PDC钻头+Φ197mm（双扶）单弯螺杆（0.5°）+Φ203.2mm无磁钻铤+Φ114mm钻杆。钻孔施工到设计位置后，先在4#孔口安装骨料填料器进行软体骨料的加注，随着软体骨料加注，孔口水压不断上升（4#孔施工完成后，没有出水，其中5#孔口施工时有60m3/h的涌水）。当4#孔在注软体骨料孔口压力达到4.7MPa后，停注软体骨料，改注水泥粉煤灰混合浆。后经统计1号钻场4#钻孔加注软体骨料量是2号钻场3个钻孔共注软体骨料的80%（1号钻场3个钻孔共注软体骨料10t），说明软体骨料在灰岩中具有极好的流动性和扩散性，其注浆成效反映在初设扩散半径达到20～30m，设计合理，达到设计预期要求。

图l 钻孔平面布置图

5 注浆堵水实际效果

5.1 注软体骨料量与压力变化

经现场施工和数据实测，21001出水点l号钻场4#孔在加注软体骨料的过程中发生了压力上升→压力下降→压力上升（未达设计压力）→压力下降→压力上升（达到设计压力）两个压力循环过程（见图2），但压力整体呈上升趋势，最后达到软体骨料设计压力值后，停注软体骨料，注浆（水泥粉煤灰混合浆）封孔。在压力降低过程中，出水点出水发黑且浑浊，很显然软体骨料在高压水作用下挤压裂隙和孔洞中附着物，将残留断层泥和强度较低矿物质压出，从而将导水裂隙和孔洞充满软体骨料和其他充填物。

图2 注入软体骨料量与注浆压力变化曲线图

5.2 注软体骨料量与水量变化

经现场施工和数据实测，21001出水点l号钻场4#孔在加注软体骨料的过程中涌水量发生了明显变化。随着软体骨料的加注，数量呈逐步下降趋势（见图3），停注软体骨料后水量已由300m3/h下降到126m3/h，下降了58%，又用水泥粉煤灰细料填塞细小缝隙封堵微裂隙及封孔后，突水点水量降为零，有效地实现了实际堵水率100%。

图3 注入软体骨料量与水量变化曲线图

6 结论

采用软体骨料注浆堵水可以在围岩相对稳定范围内对其出水点涌水的充水通道实施有效封堵（不含水泥浆封孔），将其动水条件下注浆充填控制在微裂隙范围内近似静水条件下，有效降低水泥浆直接封堵时漏浆量及总注浆量，明显提升了注浆堵水的成效。21001出水点原设计注浆用干料3000 t，价值约80万元；采用注软体骨料填充大裂隙和孔洞、水泥粉煤灰细料填塞细小缝隙封堵封孔后，实际注软体骨料用量价值10万元、注干料价值14万元，合计24万元。如果采取直接封堵，在动水条件下注浆其漏浆量难以估算，其注浆材料将大幅度增加。因此，至少节约注浆材料投入56万元。且现在突水点水量已降为零，明显降低了注浆堵水费用漏浆对矿井水仓和生产系统的影响，其注浆堵水成效十分显著。