张双楼煤矿24901工作面陷落柱探查分析与治理

摘要：24901工作面内发育陷落柱2，经物探、钻探及分析测试，查明了发育范围及水文地质特性。为防止后期工作面回采扰动导致陷落柱2活化突水，需在工作面回采至陷落柱2的影响范围之前提前采取相应的底板注浆加固治理措施。

关键词：陷落柱；注浆；效果评价

0引言

张双楼煤矿24901工作面内发育陷落柱2，矿井通过地面高精度物探、地面井下钻探、室内分析测试等[1-2]，查明了陷落柱2发育范围，其富、导水性较差、胶结情况较好，长轴102m，短轴55m。经综合评价认为，奥灰对工作面回采的影响较小，突水风险较小。但从偏安全角度考虑，为防止后期24901工作面回采扰动导致陷落柱2活化突水，需在工作面回采至陷落柱2的影响范围之前提前采取相应的底板注浆加固治理措施[3-4]，以彻底消除隐患，保障矿井安全回采。

1 陷落柱2探查与分析

矿井先后进行了地面、井下的陷落柱2综合探查以及室内分析测试等工作。

1.1现场探查情况

如图1所示，陷落柱地面Q1孔、井下发育范围探查T2-1、T2-2孔、井下发育范围及富（导）水性探查孔T2-3、T2-4、T2-5位置。

1.2 室内分析测试情况

（1）扫描电镜

如图2所示，陷落柱岩样内部存在微裂隙发育现象，岩体内含有较高的黏土矿物，重结晶生成的方解石充填在陷落柱的周边裂隙带和柱体的空隙内，可使柱体及周边裂隙带的阻水性能大大增强。分析认为陷落柱2的整体胶结情况较好，以泥质胶结为主，陷落柱体整体不富水、不导水。

（2）压汞实验

通过对陷落柱岩样开展压汞实验，可得到含水层岩样比孔容为0.0098cc/g，比表面积为0.2777m2/g，孔隙度为2.75%，孔径分布于5.38nm～1.796×105nm之间，中值孔径为757.1nm，平均孔径为139.8nm。

综上所述，陷落柱体内部微孔结构相对较为发育，平均孔隙率为2.31%，但结合井下实际揭露情况，陷落柱柱体整体胶结较好，一般为泥质胶结，黏土矿物含量达到45.7%，揭露时富水性较差，不富水、不导水。

1.3 底板奥灰含水层影响分析

井田奥灰水位-30.595m，陷落柱2区域9煤底板标高-640m，奥灰含水层顶板距9煤底板平距207m，9煤底板奥灰突水系数T=0.039MPa/m＜0.06MPa/m，满足《煤矿防治水细则》“采煤工作面底板受构造破坏的地段突水系数一般不得大于0.06MPa/m”的规定，底板奥灰对工作面回采影响较小，无突水风险。

2.陷落柱2的治理方案设计

从偏安全角度考虑，为防止后期24901工作面回采扰动导致陷落柱2活化突水，需要在工作面回采至陷落柱2的影响范围之前提前采取相应的底板注浆加固治理措施，以彻底消除隐患，保障安全回采。

2.1 陷落柱治理方案

为保证24901工作面安全回采，需对其进行注浆加固处理。

（1）对9煤底板破坏带以下，位于底板四灰层位的陷落柱破碎带进行注浆加固和充填，使注浆加固段能够形成大于17.4m安全隔水层厚度（不小于20m厚）的“止水塞”，阻断煤层开采影响范围与上下含水层之间的水力联系。

（2）钻孔注浆对陷落柱周边的裂隙带进行加固，使“止水塞”能够固结在陷落柱周围的正常岩体中。

（3）利用注浆孔作为检查孔对注浆效果进行检验，对注浆效果进行安全评价，确保工作面回采安全推过陷落柱区域。

2.2陷落柱治理工程估算

2.2.1注浆钻孔

注浆孔布置在煤层底板下55m水平和68m水平，采用后退式注浆方式进行注浆。注浆钻孔穿越陷落柱进行注浆，注浆钻孔剖面图如图12所示。各水平注浆钻孔布置图如图4、图5所示，浆液扩散半径取15m，设计长、短注浆孔的终孔孔间距按20m计算。

9煤底板下55m水平布置注浆孔12个，9煤底板下68m水平布置注浆钻孔12个。井下钻孔注浆方案共设计注浆钻孔26个，井下钻孔设计总进尺为2517m。

2.2.2注浆材料

由于陷落柱2内普遍夹泥，可灌注性差，因此选用800目超细水泥。该水泥具有浆液颗粒粒径小，扩散能力强，胶结强度高的优势。

T1、T2为注浆效果验证孔。

3 陷落柱2治理方案实施情况

3.1钻孔施工情况

治理工程施工的钻孔均为穿层钻进，钻机选用ZDY-4000LP（S）型煤矿用深孔钻车、开孔孔径127mm，终孔直径75mm。设计钻孔26个，实际施工钻孔29个，累计总进尺2853m，如图6所示，

4 陷落柱2治理效果评价

4.1注浆治理范围

钻孔终孔层位进入工作面煤层底板，在浆液扩散半径取15m，浆液可以扩散全覆盖陷落柱2范围。

4.2验证孔检查评价

治理工程施工两个验证孔，并按照要求进行取芯验证，其中T1验证孔取芯范围80m、85m、90m各取1m，T2验证孔取芯范围85m、90m、95m各取1m。

4.3压水实验效果评价

如表3所示，各钻孔注浆完成后岩层透水率小于1Lu，满足注浆加固要求。

4.4综合评价结果

如表4所示，24901工作面陷落柱2注浆治理后各项指标均满足治理要求。

5 结论

（1）陷落柱2经地面高精度三维地震勘探、地面井下钻探探查、室内分析测试等，查明了发育范围、其富水性和导水性较差、胶结情况较好。经综合评价认为，奥灰对工作面回采的总体影响较小，无突水风险。

（2）治理完成后，采用多种方法综合评价陷落柱2注浆加固治理效果。注浆治理范围完全覆盖陷落柱2范围，满足注浆加固检验要求；治理后施工的验证孔均无水，满足注浆加固检验要求；治理后钻孔压水岩层透水率＜1Lu，均属于微透水，满足注浆加固检验要求。

（3）综合分析24902工作面注浆加固治理工程满足设计要求，减少了底板突水风险。

[参考文献]

﹝1〕马健.矿井陷落柱的综合物探技术研究［J］.山西冶金，2022，45（03）：75-77.

﹝2〕徐友青.矿井工作面陷落柱综合物探技术分析［J］.能源与节能，2018，（12）：32-33，37.

﹝3〕郭强.工作面过大面积陷落柱超前预注浆加固技术应用［J］.能源技术与管理，2023，48（1）：55-56，133.

﹝4〕刘和平.陷落柱注浆加固效果评价及应用［J］.煤，2024，33（08）：53-54，65.

[参考文献]

陈开銮（1981-），男，工程师，毕业于中国矿业大学采矿工程专业，主要从事煤矿安全技术管理工作。