摘要：近年来，我国对矿产资源的需求不断增加，矿山开采越来越多。针对某矿向深部延深掘进的具体地质生产条件，设计了物探与钻探相结合的超前探水方案，并进行了巷道底板注浆加固方案设计、施工及效果检验。根据注浆前后的对比可以得出，注浆后探水钻孔的涌水量基本为零，且物探表明注浆后底板富水异常情况显著减少，表明实现了较好的注浆效果。
关键词：奥灰水；超前探水；底板注浆加固；安全隔水层；物探
引言
煤矿突水事故造成的经济损失居各类煤矿事故之首，且多数突水事故与断裂、陷落柱等构造有关。在各种水害中，奥陶纪灰岩层的水害最难治理。目前随着煤炭开采深度逐渐加大，深部奥灰水的水压也随之增大，突水几率也随之增加，对矿井向深部延深及采掘工作带来巨大威胁。
1确定影响底鼓因素
引起底鼓的首要原因为巷道围岩的岩性。首先，顶底板岩性均为软弱类岩石，而且围岩含有大量遇水膨胀的伊/蒙混层矿物，巷道积水使膨胀类矿物的内部结构松散，产生微小孔隙或裂隙，进而使岩体体积膨胀，围岩强度降低，容易崩解破碎；其次，巷道所受应力随埋深的加大而增加。开巷后，围岩应力重新分布造成巷道底板岩层卸载产生弹塑性变形，加之垂直应力作用两帮挤压底板，同时，顶板和两帮由于锚杆支护压力得不到释放，使围岩应力从顶板两帮转移到底板，造成底鼓。随着工作面的推进和时间推移，底板岩层发生流变使底鼓继续增加。此外，巷道底板无任何支护，帮角处也没有进行加固，更没有对底板采取防水措施，使底鼓更加严重。综上所述，巷道底鼓为挤压流动型底鼓和遇水膨胀型底鼓。
2地质概况
某矿井计划延深开采-550m水平以下的21煤，并布置东三采区，根据地质勘探资料，东三采区的地层构造从煤层底板向下分别为本溪组及中奥陶组系、下奥陶组系。其中本溪组地层厚度平均30m，含石灰岩承压水层（14、15石灰岩）以及隔水层，14、15石灰岩含水层与奥陶系灰岩水水位接近，预计存在水力联系，奥陶组系岩层顶部距离煤层介于35～55m，在采区东南块区较薄。因此，在矿井向下延深掘进过程中，受奥灰水突水威胁较大，因此，掘进时必须加强底板水探测，并对煤层底板进行注浆加固方案设计及施工，确保查明水患，查明含水及导水情况，当查出异常时，进行加密探测，进而采取注浆加固措施，处理完毕达到防治水安全要求后方可继续掘进。延深巷道的规格为宽4m，高2m。
3底板注浆加固技术
3.1注浆材料选取
在正式注浆前，将在龙固矿延伸巷底板进行相关现场试验以确定浆液类型的选择和配比。进行一系列试验的开展，每个浆液类型分6组浓度，分别在6组不同钻孔进行注浆试验，主要考察：注浆速率，泄压速率及总进浆量，其中注浆速率、泄压速率越快，注浆越有效，同时，浓度越高，注浆成效越好，其中总进浆量越大，试验结果越接近真实效果。经过试验最终选取注浆初始时，以水泥单一浆试注，水灰比为2∶1，泵压仍维持高于孔口水压0．5～1．0MPa左右，且进浆流畅，则调整浆液配比度（水灰比为8～1．2）∶1），注浆必须连续进行。
3.2灌注固料
每个钻孔注浆前要做注（压）水试验，根据钻孔涌水量选择堵水材料，按照以往经验，当钻孔涌水量大于80m3/h以上，可以进行试探性充填砂石固料。在充填砂石固料时，应遵循“先细后粗”的原则，即首先注砂，然后逐级增大颗粒。堵水中只有当固料与岩溶裂隙通道的张开度相匹配时，才能产生好的堵水效果，灌注固料用水动力法，对不同粒径的砂石固料，都必须过筛后再由人力送入固料器，固料器连有输水管，固料在水动力携带下进入钻孔内充填裂隙通道，充填过程中，如发现钻孔涌水量明显减少，或输水泵压力增大，应立即停止灌注，进行压水冲孔，待恢复正常后再进行复注。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果压水不奏效，则需重新钻透孔后再注，每次灌注固料后，都必须压水冲孔。
3.3防止浆液流失的措施
关于注浆扩散范围在实际工作中难以掌握，堵一个突水点初应以灌注砂石固料为主，大量充填裂隙空间，从而减少水泥浆的消耗，在注砂石固料困难时，转注水泥砂浆或水泥灰浆，并根据注浆孔距离突水点的远近、单位吸水量和注水压力，确定每次注浆的初始浓度和注入量，尽可能减少水泥消耗，同时应根据注浆期间孔口压力和邻近观测孔水位变化情况，适当调整水泥用量。
3.4选取底鼓控制技术
目前，没有哪种底鼓控制技术是治理底鼓放之四海皆准的办法，都只能在一定的条件下才能起到有效的作用。选择底鼓控制措施时，即要有控制效果明显，还要考虑支护的技术和成本问题，如果控制效果良好，但成本过高、施工工艺过于复杂麻烦，也不适合大范围推广应用。底鼓的主要控制方法：加固法、卸压法、加固巷道帮角。选取控制方法时要全面考虑，不能因为治理底鼓而加大其他部位的变形。由于巷道直接底和基本底均为软弱岩层，岩石破碎程度较大，完整性低，含有大量膨胀型矿物，打底板锚杆成效甚微，故在此不做考虑。相比较下采用底板注浆可以提高底板岩石强度，把软弱破碎的底板岩体粘结起来，保持底板的整体性。所以经过慎重考虑和分析提出底板注浆帮角锚杆加固，并对底板表面进行浇筑混凝土，底板注浆是提高底板围岩整体强度，底板浇筑混凝土起到减小水对底板的侵蚀作用、加固巷道帮角控制围岩应力向底板传递。
3.5注浆效果分析
当一个注浆孔施工结束后，必须对该孔进行封孔，确保无漏水或反浆等异常情况。并对注浆钻孔进行检测，主要是分析注浆压力变化情况、水量变化情况、底板岩层裂隙充填情况、注浆前后探水钻孔的涌水情况等。同时，借助物探手段，对比注浆前后底板低阻值发育异常情况。根据注浆前后的对比可以得出，注浆后探水钻孔的涌水量基本为零，且物探表明注浆后底板富水异常情况显著减少，表明实现了较好的注浆效果，可以在配合其他相关安全技术措施的前提下继续掘进。
结语
综上所述，通过采取底板注浆加固防治水技术措施，加固了巷道底板、增强了底板抗压能力，堵住了充水通道，当探得的涌水量小于10m3/h时可在允许掘进距离内继续掘进，当探得的涌水量大于10m3/h时则必须采取注浆等加固措施，并进行了巷道底板注浆加固方案设计、施工及效果检验。根据注浆前后的对比可以得出，注浆后探水钻孔的涌水量基本为零，且物探表明注浆后底板富水异常情况显著减少，表明实现了较好的注浆效果，可以在配合其他相关安全技术措施的前提下继续掘进。
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论文作者:李冬志
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/2/24
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