1、 底礫含水層特大突水災害的封蓋治理技術 1問題的提出 2021年11月24日，皖北煤電集團公司祁東煤礦東翼-420m水平試采3222傾斜長壁工作面，在推動48m時，發生了第四系底部礫石含水層1570m3/h特大突水淹井災難，給國家和企業造成了巨大的經濟損失。依據“四含”水文長觀孔水位觀測，突水后水溫變化特點、水質化驗資料和防水煤巖柱構成，分析出水水源為第四系底“四含”水；導水通道可能為采動裂隙溝通風化網絡裂隙；或工作面中部存在有垂向導水裂縫帶，使四含水下瀉所致。 2工作面概況 首采的3222工作面位于一平二采區，起止標高為-420-540m，長800m，寬150m。為傾斜條帶綜采工作面，煤巖柱

2、高度6373m。煤層厚度平均2.5m，平均傾角 10°左右。第四系松散層厚370m，其底界標高為-358m。32煤層直接頂為泥巖，厚度1.83 2.41m；老頂為砂巖，厚0.8910.41m；底板巖性為粉細砂巖為主，厚度28.82m；底板巖性粉細砂巖，厚度約15m左右。 3突水災難的封蓋治理 3.1治理目標與技術難點 治理目標是要把“四含”水進入煤系地層和工作面的主要導水通道予以徹底封堵，消退隱患，保障平安生產。經分析認為上述導水通道大體有兩種：一是“四含”與基巖直接接觸部位的風化網絡裂隙滲透補給通道；二是存在于上部基巖段中，不規章的垂向導水通道（包括構造裂等）及其與采動冒裂帶的延長

3、與結合。其治理的主要技術難點是： （1）如何正確分析推斷突水來水通道的隱伏部位和如何通過少量鉆孔進行有效、有掌握的注漿封堵。 （2）如何正確確定冒裂帶的上部邊界和通過少量鉆孔實現對采空區和冒裂帶充分的充填灌注，并使固體的硬度達到最相宜的程度。 （3）如何盡可能擴大本次注漿的有效充填范圍，并使各孔之間的“注入體”實現有效的連接和盡可能地向周邊地區延展，以改善其相鄰采區、工作面的生產條件，盡可能防止漿液的無效集中。 （4）如何通過漿液配比的調控，使早期注入的漿體、中期注入的漿體以及晚期注入的漿體，通過加壓脫水大體上達到同期凝聚的目的，并使注漿壓力和單位時間注入量等達到可隨機調整、掌握使每一次注漿的

4、有效性和合理性得到提高。 （5）依據注漿的特點和特地要求，在注漿的配套設備和工藝、技術方面必需克服和解決以下難點；粘土水泥漿的日造漿、注漿力量不小于300m3/d；純高稠度水泥漿的造漿力量不小于25m3/h，單孔最大注漿力量不小于800L/min，最小注入量不大于80L/min；整個造漿注漿系統具有連續配制漿液和能高壓（20MPa）壓注比重高達1.9的高稠度漿的力量。 3.2封水層厚度的計算 封水層由所投砂石子和其后注入水泥漿膠結形成的壓漿混凝土構成，起到止水“加蓋”的作用，必需有肯定的厚度和強度才能阻隔上部“四含水”的涌入，見圖1。 圖1 3222工作面治理工程布置平剖面圖 據推突水時的水壓

5、為4.6MPa，按抗剪強度校核其厚度B2為： B2=D/4t (1) 式中B2混凝土封水層的厚度； D封水層的直徑；取30m； 靜水壓力，MPa； t抗剪強度MPa，取200#混凝土的1/5。 由上述校核公式算得B2=8.7m。 3.3充填固結段注漿壓力的計算與注漿材料的配方選擇 采空區、冒裂帶得到基本充填之后，必需經過“加壓”、“脫水”而使已注入的粘土泥漿固結使之達到必要的強度和保持肯定的“可塑性”。通過分析與反復試驗，各孔的注漿壓力Y為： Y= h+a (2) Y注漿壓力，MPa; 漿液密度，kg/m3； h受注點深度，m； a孔口壓力MPa，經反復試驗取2.74.4MPa,見表1和表2。

6、 充填固結段的堵水材料必需具有膠凝封水的特性和有肯定的塑性，在地層巖移沿未穩定的條件下，膠凝后的漿液不致由于巖層的移動而受破壞，失去隔水性能，因此漿液在膠凝后仍應具有肯定的塑性，能隨著巖移的變形而變形，不破壞其隔水性能。經反復論證，打算選用粘土水泥復合漿液。這種漿液每立方米膠凝材料中粘土約占體積的80%，水泥約10%，其它為改性添加劑，漿液的成本較單純的水泥漿液要低廉，是適合于大空間注漿使用的漿液。注漿工藝如圖2。 表1 3222工作面突水災難治理工程上部基巖封水注漿狀況簡表 表2 3222工作面采空區、冒裂帶加壓脫水注漿達標狀況簡表 圖2注漿工藝系統圖 4堵水質量評價 本項工程共注入粘土泥漿

7、41717.4m3，各項技術指標均已達到堵水設計的要求，多個鉆孔取芯檢查和孔內水位（放水量）的檢測證明，可以認定：治理已取得了勝利。主要依據如下： （1）3222工作面采出空間和閘內巷道的容積，以及由此引發的采動冒裂帶可供導水、存水的總容積不足2萬m3，而實際注入的漿液總量為4.17萬m3，以最大的縮小、壓實系數70%計算，其固化后的總體積至少應有3.0萬m3，這從數量上表明，不僅上述儲水導水空間可以得到充分的充填，而且還有足夠的富余力量去充填基巖冒裂帶以上的層間裂隙并向兩側巖體充填、集中。 （2）各孔充填注漿的最終注漿壓力、單位時間注入量和閉漿穩壓時間等均已嚴格達到堵水設計的要求，而用升壓的條件和過程明確、清晰。 5治理效果 祁東煤礦底礫含水層突水災難堵水治理工程歷時2個多月，共施工鉆孔8個，采納靜水注漿技術，底礫含水層和基巖風化帶封