隐伏导水陷落柱探测与注浆加固技术
李向银
【摘 要】为对19108工作面2#导水陷落柱进行探测并治理，利用注浆加固技术，采用施工、分析、优化设计的顺序原则对陷落柱进行治理，提出了注浆加固后注浆效果的检验方法。结果表明：合理的钻孔布置位置、注浆参数选择是保证注浆效果的关键，奥灰上部钻探并注浆加固后形成了有效的隔水结构，通过检查孔质量检验、岩芯观察、水质分析等方法能对注浆效果进行有效的分析，2#陷落柱注浆加固后，19108工作面安全顺利通过陷落柱。 【期刊名称】煤矿现代化 【年(卷),期】2019(000)005 【总页数】4
【关键词】陷落柱；注浆加固；奥灰水
0 引 言
煤矿巷道及工作面在经过导水陷落柱时应采取一定的加固措施，由于导水陷落柱为一种垂直导水构造，能够使得煤层与承压含水层之间相互贯通，同时导水陷落柱具有隐蔽性、突发性等特征，故在巷道或工作面通过导水陷落柱之前未进行有效的探查、治理时，易引起重大的突水事故，严重威胁矿井的安全生产[1-3]。目前通过导水陷落柱时常采用的方法为在掘进或回采前通过采取加固措施切断突水水层与煤层之间的水力联系，在加固导水陷落柱方面注浆加固技术的效果较为显著，注浆加固技术在巷道或工作面通过地质构造带时，能够起到提高围岩强度和增强围岩整体性的效果，同时还能起到有效的堵水作用。
1 工程概况
某矿主采石炭系太原组4#、9#及11#煤层，4#煤层的均厚为10.5m，9#煤层的均厚为12.9m，11#煤层的均厚为3.8m。井田范围内主要含水层为奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层、新近系空隙含水层及石炭二叠系砂岩裂隙含水层，同时井田范围内岩溶裂隙较为发育，主要以溶洞、溶孔及溶蚀裂隙等形态存在。19108工作面形成后采用音频物探法对工作面范围内进行探测[4-5]，发现4处异常区域，再通过对异常区区域进行钻孔验证后确认存在一处导水陷落柱，该2#陷落柱短轴为33.8m、长轴为44.3m，面积约为1167m2，陷落柱与19108工作面辅助运输巷的距离为33m，2#陷落柱具体位置示意图如图1所示。为了保证工作面回采期间的安全生产，必须解决进导水陷落柱进行治理，消除陷落柱突水淹井的重大隐患。
2 导水陷落柱治理方案及效果
2.1 初步方案及效果
根据19108工作面2#陷落柱的具体情况并结合导水陷落柱内注浆扩散半径，设计共打设钻孔6个，其中4个钻孔为先对陷落柱的裂隙发育程度及胶结装填进行探查，然后进行注浆加固，另2个钻孔为检查注浆堵水效果的检查孔，具体钻孔位置剖面图如图2所示。具体注浆施工时，水泥采用P.C32.5R复合型硅酸盐水泥，水灰配比控制在4：1～2：1之间，注浆孔口净水压力为0.6MPa，由于注4钻孔所在位置为主要导水裂隙通道，注入水泥量305.9t，终孔水量为12.4m3/h，注2钻孔注入水泥量0.8t，终孔水量为0.2m3/h，水泥浆液的扩散半径未能达到原设计要求。根据初步治理方案实施过程中发现19108工作面2#陷落柱裂隙分布不均匀，柱体内呈现各向异性，故应采取在施工过程中同时进行分析设计的原则对2#陷落柱进行治理。
2.2 奥灰顶部注浆加固及效果
通过钻孔进行探查具体情况后，对设计进行优化后，制定具体的注浆措施，最终确定注浆钻孔20个，共计注入水泥1158t，对奥灰层注浆加固的钻孔布置平面图如图3所示。在对奥灰层注浆加固后，将2#陷落注的钻孔涌水量由原本的6.4m3/h减小到0.413m3/h，由注浆后钻孔基本无涌出量，能够得知对奥灰岩顶板10m范围进行注浆加固后取得了较好的效果。 2.3 底板隔水层注浆方案及效果
为确保煤层底板形成有效隔水层，确保19108工作面通过陷落柱、正常回采，现对9#煤隔水层下部20m进行注浆加固，底板隔水层下部注浆共布置8个钻孔，钻孔终孔均穿过陷落柱水平边界10m，其中4个钻孔终孔位置在奥灰顶面上方20m，另4个钻孔的终孔位置在奥灰顶面上10m，底板隔水层注浆钻孔布置平面图如图4所示。在8个注浆钻孔施工完毕后共注水泥138.4t，注浆加固前钻孔涌水量平均为1.5m3/h，加固后钻孔内基本无涌水现象，这表明对底板隔水层下部注浆加固后取得了较好的效果。
3 2#陷落柱注浆加固效果
3.1 检查钻孔的注浆效果
为保证陷落柱的注浆加固效果，确保19108工作面安全的通过陷落柱，本次设置7个检查钻孔，其中J3、J4钻孔为取芯钻孔，钻孔在进入陷落注5m前进行取芯对陷落柱内水泥的充填情况进行验证；其余5个钻孔对注浆加固的效果进行验证，具体检查钻孔布置如图5所示。具体检验效果如下：①在J1、J2、J5、J6和J75个检查钻孔的钻进过程中均未出现进尺变快、坍塌及漏失现象出现，这说明2#陷落柱的注浆加固的效果较好；②对于J3、J42个取芯钻孔，通过取
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