浅谈西翼大巷过 WF4断层综合治理

信占东

安徽省亳州煤业有限公司袁店二井煤矿，安徽 亳州 233665

摘要：西翼大巷过WF4正断层，该断层次生构造发育，断层带宽且破碎,给施工安全带来了极大的难度。针对该断层实施了地面定向钻进超前注浆治理,取得了良好的治理效果。

关键词：过断层；地面定向钻孔；超前注浆治理

前言

西翼大巷（西翼副暗斜井、西翼运输暗斜井及西翼回风暗斜井）过WF4正断层，从断层下盘向断层上盘掘进。该断层倾角70～80°，H=20～350m，断层面宽且破碎，错断层位为P-O₂。相邻采区揭露该断层的次生断层（H=28～30m）时，断层破碎带宽约1.4～2m，破碎带岩石縻棱状、泥化现象明显，巷道近该断层（组）掘进时，围岩地应力显现，巷道受压严重变形。

为确保西翼大巷安全快速穿过该断层，减少后期巷道修复、维护工作量，需提前对WF4断层进行综合工程治理。

1 水文地质条件

巷道的直接充水水源煤系砂岩裂隙水，间接充水水源为太原组灰岩岩溶水。充水通道主要为断层、砂岩裂隙。

1.1 煤系砂岩裂隙水

煤系砂岩裂隙含水层水以静储量为主，呈渗水、滴淋水等形式进入巷道。

断层上盘7₂煤层顶板砂岩含水层厚度1.83～42.39m，平均15.40m。抽水试验资料显示，q₉₁=0.02143L/s.m，K=0.1904m/d，富水性弱。

断层下盘10煤层顶板砂岩含水层厚度0～55.68m，平均20.00m。抽水试验资料显示，q₉₁=0.0099L/s.m，K=0.03596m/d，富水性弱。

1.2 太原组灰岩岩溶水

根据矿井04-07、07-9、09-太观3、11-太观1、16-太观1、15-太观2和13-1孔对太原组一～四灰抽水试验资料，q₉₁=0.0074～0.363L/s.m，K=0.04756～4.18m/d，富水性不均一，富水性弱～中等。

1.3 充水通道

WF4断层破碎带岩性较为混杂，主要以泥岩、粉砂岩及少量砂岩为主，局部夹炭质泥岩或煤，挤压和揉皱现象严重。根据18-1孔对WF4断层进行抽水试验，q₉₁=0.000104 L/s.m，断层的富水性弱。

采用积水廊道法估算，巷道涌水量为7.5 m³/h。

2 方案设计

2.1 设计思路

在地面布置井场并设计钻孔轨迹，依次施工“地面定向近水平顺巷钻孔”呈“线网状”对三条大巷治理区段进行探查，尽最大限度揭露巷道周围构造裂隙，为注浆加固提供有利条件。通过分段、分序次下行式连续地面高压注浆充填压密裂隙，对断层带进行注浆改性，达到消除潜在水害威胁，降低巷道穿越断层时支护困难的要求。

2.2 治理方案

2.2.1 治理范围

治理区域覆盖断层上盘150m、下盘120m，平面上断层加固段长为270m。

图2-1 治理工程平面图

2.2.2 钻孔工程设计

设计S1孔组顺巷道水平孔组3个巷道治理支孔。钻探工程量约2828m，其中一开275m，二开372m，三开2181m（包含机动孔工程量1084m，均为三开），套管约37t。

各套管、暗管长度根据实际揭露地层调整，钻孔结构以S1-1为例（见图2-2）。

图2-2 钻孔结构示意图

2.2.3 注浆工程设计

（1）注浆终压

初步拟定终压孔口压力为25MPa，泵量20L/min，持续15～30min。

注浆过程中，根据不同段的受注情况、浆液扩散距离、压水试验检验数据及地面变形情况进行综合分析，以确定终压标准。

（2）全孔单位吸水率标准

受注段完成全段依序次注浆，当最后一次注浆，孔口压力达到结束标准后，应逐次

换档降低泵量，直至泵量达到40～60L/min，并维持30min。之后进行全孔压水试验，计算单位吸水率q不大于0.01L/min.m.m（即1Lu）时，即可认为该孔达到单次注浆结束标准。否则，要复注直至达到结束标准为止。

2.3 施工难点

2.3.1 地层破碎与漏失

WF4断层治理工程开始施工以后，其中第一个分支孔S1-1累计出现3次漏失现象和2次断层注浆，漏失主要原因是砂岩或风化裂隙带，地层岩性较差，裂隙发育，连通性好，漏失量大；断层注浆是为加固F_高-7断层破碎带，保证后期WF4断层的注浆效果。

2.3.2 隐伏断层

F_高-7断层和WF4两条大断层之间小断层极发育。井下已多处揭露，隐伏断层可能导通砂岩，造成无效注浆。

2.4 解决方案

为保证治理段注浆效果，三个分支孔均下入暗管进行隔离，用于阻隔地层漏失、断层破碎带、煤层、砂岩、铝土质泥岩和井下巷道等因素对治理段的影响。

3工程效果验证

3.1煤层对比情况

S1-3分支孔共计见煤2次，和井下揭露位置基本接近。平面相距2m，标高相距2m。

3.2水泥及断层破碎带对比情况

S1-3分支孔共计见水泥（破碎带）2次，其中第一处钻孔轨迹和井下平面相距5.9m，剖面相距1m；第二处钻孔轨迹和井下平面相距5m，剖面相距3.9m。

根据西翼大巷穿WF4断层综合治理工程实践可知，当断层构造发育，裂隙连通性好，注浆扩散距离最远可达371m；若岩层较为完整，裂隙不发育，则注浆扩散距离不足1m。从揭露水泥柱来看，实际钻孔轨迹与回风暗斜井基本重合，在高压注浆下，能够有效充填断层破碎带的孔隙裂隙，压密岩层，起到胶结固结、骨架支撑作用，达到加固防渗的目的。

3.3 巷道变形情况

早期7213风联巷过7213F1断层时，矿压显现、巷道变形严重。目前，WF4断层以及附属小断层经过地面注浆以后，西翼轨道暗斜井和西翼回风暗斜井已经安全穿过WF4断层及小断层，由此说明，地面定向孔对断层综合探查治理效果较明显，改变了巷道围岩的应力场。

4 结论

综合分析地面定向钻孔揭露煤层、破碎带及水泥对比情况、巷道变形情况、巷道实际揭露情况，认为本次WF4断层综合治理提高了巷道软弱围岩强度，保证了巷道的顺利掘进，工程效果良好。

参考文献：

[1].石志远,地面顺层钻进在煤层底板高压岩溶水害区域超前治理中的应用[J].煤矿安全,2015年S1期

[2].高志刚,地面注浆堵水充填骨料工艺技术[J].煤矿开采,2005年04期

第一作者简介：信占东，出生于1985年9月，男，工程师，2007年毕业于西南科技大学地质工程专业，本科/学士。现任袁店二井煤矿地测科科长

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