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[摘 要]针对矿区的水文地质特点，提出了在受水害威胁严重且不适宜单纯疏水降压的区域，采用底板注浆改造技术实现矿井的安全开采，底板注浆改造技术是预防煤矿突水的有效途径，具有极大的优越性和实用性。
[关键词]水文地质 水害 底板注浆加固技术 疏水降压
中图分类号：TD745+.21 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）27-0624-01
1、前言
刘店煤矿位于安徽省涡阳县境内，在涡阳县城东北方向15Km，和涡北煤矿比邻，属马店镇、龙山镇、新兴乡所辖，北起宿北断裂（F41），南至八里槽正断层（DF1），东从李庄向斜之东煤层露头线，西到经距39425000线，东西长10～20Km，南北宽3～6.5Km，面积110.15Km2。矿区东部受岩浆岩的影响较严重，构造复杂程度总体上属中等偏复杂。
2、矿井充水条件
本矿井目前还未发现岩溶陷落柱，但在后期生产中应加强对岩溶陷落柱的探测，若发现岩溶陷落柱，应探明其位置和含水、导水性，及时采取措施，以防止它对矿井造成威胁。
邻近生产矿井为涡北矿，水文地质特征与本矿井基本相同，其含煤地层均被较厚的新生界松散层所覆盖。松散岩类孔隙含水层的富水性弱或弱～中等，二叠系主要可采煤层顶底板砂岩裂隙水是矿井的直接充水水源，其砂岩裂隙不发育，富水性弱。二叠系地层中的断层富水性弱，导水性差。下部主采10煤层距太原组第一层灰岩间距一般为16.11～58.98m，10煤层底板承受的静水压力就在2.86～9.02MPa间。在正常情况下太灰水对主采煤层不会产生直接充水影响。
3、底板注浆改造防治水的必要性
3.1 疏水降压开采的局限性
疏降开采是有条件限制的；对于含水丰富、补给条件好，水头高的承压含水层，就不宜采用疏水降压开采。对于某些含水层可以疏水降压，但疏水减压规模受矿井排水能力限制，难以达到目的。刘店矿一至四灰含水层平面上（分层本身）水力联系密切，在历次放水试验中同一层位观测孔水位几乎同步升降，且局部地段静水压力较大。
3.2 构造岩溶突水三者相互联系
岩溶发育不是孤立存在的，往往与构造或隐伏构造有关。由于断裂构造存在，一方面削弱了底板强度，降低了底板综合抗水压能力，另一方面在其基础上可能发育为强富水区或径流带，因此岩溶发育部位通常是造成矿井突水的最薄弱地带。
3.3 底板加固是今后水害防治必由之路
随着开采深度进一步加大，突水强度和突水次数将大幅度增加，单纯疏水降压将会加重矿井排水负担，破坏地下水资源，带来一系列的环境地质问题，因此，底板加固将成为本矿矿井防治水的必由之路。
4 工程实例
4.1 工程概况（以104采区1042工作面为例）
1044工作面为104采区首采面，该面回采上限标高为-538.9m，下限标高为-637.4m。平均煤厚2.11m。根据地面常观孔、测压孔资料，104采区为高水压区，且为相对独立的一个水文单元。该面10煤底板至一灰顶板垂距为30～36.0m，平均33.0m；最大静水压力6.53MPa。推算该面突水系数为0.311MPa/m（采动对底板破坏深度区12m，太灰水导高取0m），该面10煤层底板存在太高、灰水突水威胁。
4.2 物探预测
工作面形成后，分别利用直流电法和音频电透视两种手段，探查作面10煤底部下80m以内岩层中含水性异常的位置、范围、富水性相对强弱等。据探测资料对比分析，两种物探方法探测的底板异常基本一致，工作面共存在4个富水异常条带，分别位于：
Ⅰ号：1044机巷q口～J9点—1044风巷F16～F13点
Ⅱ号：1044机巷J7～J5点—1044风巷F8～F6点
Ⅲ号：1044机巷J4点附近—1044风巷F4点附近
Ⅳ号：1044机巷J3～J1点—1044风巷F3～F2点
以上各异常区均显示底板隔水层裂隙较为发育，其中Ⅰ号异常条带显示灰岩及砂岩裂隙发育，富水性较强，且灰岩水有顺裂隙向上导升的趋势，因此该段为本次防治水工作的重点，同时将中外段的Ⅱ～Ⅳ号异常条带也作为重点进行相应的防治水工作。
4.2 注浆改造设计及效果分析
根据突水系数评价标准，设计改造目的层为六灰，采用分段下行注浆原则：10煤底板碎屑岩段、1～3灰段和深部灰岩段分别作为一个注浆段进行注浆加固。即垂深33米段、33～60米段和60～80米及其以下段分别下行注浆。注浆后要扫孔检查，不合格时进行复注。工作面25个注浆孔、检查孔和探查出水孔共注水泥268.75t，平均单孔注浆量10.75t。其中砂岩段注水泥41.65t、灰岩段227.1t，灰岩段占总注浆量的84.5 %。
工作面观测孔、放水孔、探查及注浆孔揭露灰岩时水量较小，且灰岩岩性致密，经注浆改造后可以作为等效隔水层，有效隔水层厚度为注浆控制最大垂深99.0m。
工作面突水系数计算公式：
式中：
Ts─突水系数，MPa/m；
M─隔水层厚度，取注浆控制最大垂深108.0m；
P─静水压力，最大静水压力6.53 MPa；
Cp─采煤对底板的破坏深度，取12m；
h2─可能存在的原始导水高度，取0m；
计算得Ts=0.068MPa/m
突水系数Ts小于集团公司规定的0.07MPa/m的临界值，注浆改造达到设计要求。
5、结语
a.在刘店矿，若单纯采用疏水降压手段，无消除深水平底板突水威胁或经济上的不合理，而注浆加固和含水层改造法则为一种有效的防治水措施，该方法为刘店矿今后的防治水工作提供了一新的途径。
b.采用物探控制，钻探验证，圈定断裂构造、岩溶裂隙或径流带，是提高防治水效果的有效手段。借助物探手段确定岩溶异常区，然后有针对性地重点布置注浆孔，可避免盲目性，使注浆加固有的放矢，有利于提高注浆改造质量。
c.1044工作面底板注浆加固后带压开采成功，注浆后底板的抗水压能力大量提高，这为今后类似工作面的防治水工作提供了依据。
参考文献
[1] 王成彦.底板奥灰水的防治方法[J].煤矿开采，2005，10（2）：65-67.
[2] 李丽，程久龙.基于信息融合的矿井底板突水预测[J]，煤炭学报，2006，31 （5）：23 -26.
[3] 张心彬，程久龙，李丽，薛重生.多源信息融合技术在矿井奥灰突水预测中的应用[J]，测绘科学，2006，3l（6）：146-148.
[关键词]水文地质 水害 底板注浆加固技术 疏水降压
中图分类号：TD745+.21 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）27-0624-01
1、前言
刘店煤矿位于安徽省涡阳县境内，在涡阳县城东北方向15Km，和涡北煤矿比邻，属马店镇、龙山镇、新兴乡所辖，北起宿北断裂（F41），南至八里槽正断层（DF1），东从李庄向斜之东煤层露头线，西到经距39425000线，东西长10～20Km，南北宽3～6.5Km，面积110.15Km2。矿区东部受岩浆岩的影响较严重，构造复杂程度总体上属中等偏复杂。
2、矿井充水条件
本矿井目前还未发现岩溶陷落柱，但在后期生产中应加强对岩溶陷落柱的探测，若发现岩溶陷落柱，应探明其位置和含水、导水性，及时采取措施，以防止它对矿井造成威胁。
邻近生产矿井为涡北矿，水文地质特征与本矿井基本相同，其含煤地层均被较厚的新生界松散层所覆盖。松散岩类孔隙含水层的富水性弱或弱～中等，二叠系主要可采煤层顶底板砂岩裂隙水是矿井的直接充水水源，其砂岩裂隙不发育，富水性弱。二叠系地层中的断层富水性弱，导水性差。下部主采10煤层距太原组第一层灰岩间距一般为16.11～58.98m，10煤层底板承受的静水压力就在2.86～9.02MPa间。在正常情况下太灰水对主采煤层不会产生直接充水影响。
3、底板注浆改造防治水的必要性
3.1 疏水降压开采的局限性
疏降开采是有条件限制的；对于含水丰富、补给条件好，水头高的承压含水层，就不宜采用疏水降压开采。对于某些含水层可以疏水降压，但疏水减压规模受矿井排水能力限制，难以达到目的。刘店矿一至四灰含水层平面上（分层本身）水力联系密切，在历次放水试验中同一层位观测孔水位几乎同步升降，且局部地段静水压力较大。
3.2 构造岩溶突水三者相互联系
岩溶发育不是孤立存在的，往往与构造或隐伏构造有关。由于断裂构造存在，一方面削弱了底板强度，降低了底板综合抗水压能力，另一方面在其基础上可能发育为强富水区或径流带，因此岩溶发育部位通常是造成矿井突水的最薄弱地带。
3.3 底板加固是今后水害防治必由之路
随着开采深度进一步加大，突水强度和突水次数将大幅度增加，单纯疏水降压将会加重矿井排水负担，破坏地下水资源，带来一系列的环境地质问题，因此，底板加固将成为本矿矿井防治水的必由之路。
4 工程实例
4.1 工程概况（以104采区1042工作面为例）
1044工作面为104采区首采面，该面回采上限标高为-538.9m，下限标高为-637.4m。平均煤厚2.11m。根据地面常观孔、测压孔资料，104采区为高水压区，且为相对独立的一个水文单元。该面10煤底板至一灰顶板垂距为30～36.0m，平均33.0m；最大静水压力6.53MPa。推算该面突水系数为0.311MPa/m（采动对底板破坏深度区12m，太灰水导高取0m），该面10煤层底板存在太高、灰水突水威胁。
4.2 物探预测
工作面形成后，分别利用直流电法和音频电透视两种手段，探查作面10煤底部下80m以内岩层中含水性异常的位置、范围、富水性相对强弱等。据探测资料对比分析，两种物探方法探测的底板异常基本一致，工作面共存在4个富水异常条带，分别位于：
Ⅰ号：1044机巷q口～J9点—1044风巷F16～F13点
Ⅱ号：1044机巷J7～J5点—1044风巷F8～F6点
Ⅲ号：1044机巷J4点附近—1044风巷F4点附近
Ⅳ号：1044机巷J3～J1点—1044风巷F3～F2点
以上各异常区均显示底板隔水层裂隙较为发育，其中Ⅰ号异常条带显示灰岩及砂岩裂隙发育，富水性较强，且灰岩水有顺裂隙向上导升的趋势，因此该段为本次防治水工作的重点，同时将中外段的Ⅱ～Ⅳ号异常条带也作为重点进行相应的防治水工作。
4.2 注浆改造设计及效果分析
根据突水系数评价标准，设计改造目的层为六灰，采用分段下行注浆原则：10煤底板碎屑岩段、1～3灰段和深部灰岩段分别作为一个注浆段进行注浆加固。即垂深33米段、33～60米段和60～80米及其以下段分别下行注浆。注浆后要扫孔检查，不合格时进行复注。工作面25个注浆孔、检查孔和探查出水孔共注水泥268.75t，平均单孔注浆量10.75t。其中砂岩段注水泥41.65t、灰岩段227.1t，灰岩段占总注浆量的84.5 %。
工作面观测孔、放水孔、探查及注浆孔揭露灰岩时水量较小，且灰岩岩性致密，经注浆改造后可以作为等效隔水层，有效隔水层厚度为注浆控制最大垂深99.0m。
工作面突水系数计算公式：
式中：
Ts─突水系数，MPa/m；
M─隔水层厚度，取注浆控制最大垂深108.0m；
P─静水压力，最大静水压力6.53 MPa；
Cp─采煤对底板的破坏深度，取12m；
h2─可能存在的原始导水高度，取0m；
计算得Ts=0.068MPa/m
突水系数Ts小于集团公司规定的0.07MPa/m的临界值，注浆改造达到设计要求。
5、结语
a.在刘店矿，若单纯采用疏水降压手段，无消除深水平底板突水威胁或经济上的不合理，而注浆加固和含水层改造法则为一种有效的防治水措施，该方法为刘店矿今后的防治水工作提供了一新的途径。
b.采用物探控制，钻探验证，圈定断裂构造、岩溶裂隙或径流带，是提高防治水效果的有效手段。借助物探手段确定岩溶异常区，然后有针对性地重点布置注浆孔，可避免盲目性，使注浆加固有的放矢，有利于提高注浆改造质量。
c.1044工作面底板注浆加固后带压开采成功，注浆后底板的抗水压能力大量提高，这为今后类似工作面的防治水工作提供了依据。
参考文献
[1] 王成彦.底板奥灰水的防治方法[J].煤矿开采，2005，10（2）：65-67.
[2] 李丽，程久龙.基于信息融合的矿井底板突水预测[J]，煤炭学报，2006，31 （5）：23 -26.
[3] 张心彬，程久龙，李丽，薛重生.多源信息融合技术在矿井奥灰突水预测中的应用[J]，测绘科学，2006，3l（6）：146-148.