第10讲陷落柱堵水后安全评价

1前言本报告主要内容：1、在注浆堵水和排水复矿资料的基础上，对2903工作面下巷封堵段注浆工程质量进行了评价；2、对二水平（-480m）南翼运输大巷残余水量充水水源特征进行了分析；3、初步评价了突水陷落柱目前的水力状态及充水特征；4、从2901工作面一侧煤柱安全性校验和2903工作面下侧安全煤柱留设的防治水技术角度分析了安全煤柱留设问题；5、设计了2～3个水文地质条件探查孔和相关的水文地质试验以进一步解决陷落柱的发育高度问题并探查2903工作面下巷的渗漏问题；6、提出了防止陷落柱二次突水的安全技术措施及建议。CCRI.XI’ANBRANCH2突水工作面概况2903工作面掘进中，涌水水源为顶板砂岩水，仍以滴、淋水形式出现，预计掘进中最大涌水量10m3/h，2901工作面采空区积水是2903工作面的主要水患。-485.35-486.39-454.7-454.4-480.6-484.4-478.7-478.2-476.4-478.0-479.2-475.3-469.9-464.0-464.2-458.2-456.9-452.4-455.6-441.5-428.9-426.1-436.7-441.4-450.1-423.6-416.8-475.1-474.5-474.4-475.7CCRI.XI’ANBRANCH2903工作面位置图3突水淹井过程及复矿排水CCRI.XI’ANBRANCH-500-400-300-200-100002404807209601200144016801920水位标高（h）时间（h）副井井筒水位4月12日4月22日5月2日5月12日5月22日6月1日6月10日6月20日6月30日副井井筒水位变化曲线图（2003年4月12日6时～6月30日6时）-500-400-300-200-10000240480720960120014401680192021602400264028803120水位标高（h）时间（h）02000400060008000流量m3/h副井井筒水位矿井排水量8月16日8月26日9月5日9月15日9月25日10月5日10月15日10月25日11月4日11月14日11月24日12月4日12月14日12月24日矿井试排水期间副井井筒水位及排水量变化曲线图（2003年8月16日8时～12月25日8时）CCRI.XI’ANBRANCH42903工作面突水陷落柱发育特征4.12903工作面陷落柱综合物探探测成果探测方法探测目的探测结果承担单位三维地震陷落柱位置及边界形态2#煤层处平面形态呈椭圆型，长轴120m，短轴72m，陷落柱边缘距2903下巷出水点约5m左右，距2901采空区下侧最小煤柱约50m；9#煤层处长轴125m，短轴95m；奥陶系顶界面长轴125m，短轴100m.河北物测队瞬变电磁法导、含水体、富水性及其分布特征陷落柱长轴110m，短轴60m，陷落柱距2901采空区下侧最小煤柱约65m。煤科总院西安分院大功率高密度直流电法陷落柱位置及形态陷落柱长轴120m，短轴50～80m，发育高度达上石盒子下部（-320）；陷落柱上部边界距2901工作面采空区下侧最小煤柱宽度60～75m。CCRI.XI’ANBRANCH4.22903工作面陷落柱钻探探测成果分析从钻探控制点可以确定陷落柱的空间形态为东西长58m，南北宽15m。综合G1、T2孔探测资料，突水陷落柱顶界至少已发育到-300m标高的上石盒子组下段(P2S1）。此段岩性以紫色泥岩为主，泥岩、粉砂岩互层为特征。至基岩剥蚀面，上石盒子组中上部层段以砂岩为主，岩组颜色变浅，粉、细、中、粗砂岩、含砾粗砂岩交替出现。CCRI.XI’ANBRANCH（3）陷落柱形态探测资料根据中煤大地公司2004年5月提交的《突水陷落柱探查报告》中G1、T1、T2钻孔资料推测，在2#煤层陷落柱横断面“形态为东西长58m，南北宽15m的椭圆形，其边缘破碎带的宽度为10～12m”,“南部发育边界和陷落柱发育高度无法确定”。CCRI.XI’ANBRANCH4.3巷道堆积物特征及陷落柱穿切地层情况分析1、G1孔在上石盒子组下段钻入陷落柱体取芯，岩块为灰白色细粒砂岩和暗紫色泥岩。此段岩芯属于上石盒子组下段（P2S1）垮塌岩块，说明此段柱体垮落错位距仍在P2S1岩性段距（100m）之内。2、在-480m水平南翼距水仓口35m处以里，堆积1.35m×0.8m的灰色～红褐色泥岩块石，有鲜明垮塌断裂面，岩性初步判断属于石盒子组地层。在煤层溃破突水高峰阶段（2003年4月12日），接近5Mpa动水压力将陷落柱内石块从-485m下巷搬运至-478m水仓入口附近，搬运高度7m，如此搬运距离在其它矿区陷落柱突水中亦有所见。CCRI.XI’ANBRANCH3、-480m南翼大巷淤积堆积物中混有块度大小不等陷落柱内充填物，其中的泥岩和粉细砂岩块度小，具有一定的的磨圆度，见附件5照片面。是奥灰古溶洞中堆积物还是注浆堵水过程中骨料混入的卵砾石尚需做出鉴别。4、-480m南翼巷口堆积有大量块度较小的卵砾石，-700m标高以下的奥灰古溶洞中是否有新生界卵砾石堆积，陷落柱内棱角分明的充填物在出水期间如此短的搬运距离内具有一定的磨圆度似乎存有质疑，但井下南5孔放水试验过程中有块石涌出，北2孔放水试验过程中涌出粉细砂或许可以解释这一问题。5、已知投放骨料为经过加工碎石，粒径5～50mm不等，与卵砾石截然不同。下一步应着重查明碎石中是否混有卵砾石这一问题。CCRI.XI’ANBRANCH4.4本阶段对2903工作面陷落柱形态的认识（1）陷落柱发育高度至少已到-330m标高上石盒子组下段（P2S1）泥岩层段。（2）上石盒子组至新生界残留岩帽（约230m，-300～-71m），是否被陷落柱贯通是留待探测的重要问题。但在目前阶段，本报告倾向于突水直接水源来自奥灰含水层，即缺少直接证据说明陷落柱贯通基岩面导致松散层水源涌入。（3）2#煤层倾向切面（-470～-485m）陷落柱长轴（NWW方位）不小于80m，短轴(NNE方位)约20m，应为扭曲椭圆形。（4）陷落柱长轴NWW方向延伸边界不清楚，但距2901采空区有一定的煤柱宽度。（5）根据G1孔在P2S1底部（-344m）见陷落柱柱体边缘，推测陷落柱纵轴线略向东倾斜，与地层层面（煤层倾角9°～10°）略呈垂直角度。溃破口煤柱宽度应接近10m。（6）陷落柱南边界位置不清，但距T1-1终孔投影点至少10m以上距离。CCRI.XI’ANBRANCH5堵水效果评价5.1堵水效果总体评价（1）通过方案对比和论证，采取注浆封堵过水巷道，有利于加快治水工程进度，减少灾害损失。（2）为了保证105m段长的封巷效果，除了对2903下巷（过水巷道）进行了全断面注浆外，对巷道顶板（2#煤顶板砂岩）及巷道底板（2#煤底板以下直到21煤底板以下）10～15m，均进行加固、加压注浆封堵。（3）升压注浆期间各孔间串浆逐步消失，孔间原有过水通道已被浆液充填，根据当时注浆压力情况分析，巷内结石体强度应大于5Mpa的注浆压力；结石体与煤壁之间的结合强度大于10Mpa的注浆压力。CCRI.XI’ANBRANCH（4）充分发挥了引流注浆的作用，进一步消除了巷内及其周边的残余导水通道。（5）应用先进的注浆工艺和注浆技术，单孔注浆过程中分别采用充填注浆、升压注浆和加固、引流注浆，最大程度地封堵了过水通道，提高了注浆堵水效果。（6）7孔累计注浆157次，注浆最终压力在5.0～10.0Mpa之间，稳压时间在30～45min之间，结束吸浆量在30～50L/min之间，浆柱有效压力均在10Mpa以上，大于奥灰水压2.0倍，7孔均为注浆合格孔，其中5个孔高于设计要求。CCRI.XI’ANBRANCH5.2地面奥灰水文观测孔水位动态分析CCRI.XI’ANBRANCH051015202502404807209601200144016801920水位标高（m）时间（h）观26孔水位北风井水井水位4月12日4月22日5月2日5月12日5月22日6月1日6月10日6月20日6月30日观26孔、北风井水井水位变化曲线图（2003年4月12日6时～6月30日6时）0510152025300240480720960120014401680192021602400264028803120水位标高（m）时间（h）02000400060008000流量m3/h观26孔水位北风井水井水位矿井排水量8月16日8月26日9月5日9月15日9月25日10月5日10月15日10月25日11月4日11月14日11月24日12月4日12月14日12月24日矿井试排水期间观26孔、北风井水位及矿井排水量变化曲线图（2003年8月16日～12月25日）CCRI.XI’ANBRANCH0510152025024048072096012001440168019202160240026402880水位标高（m）时间（h）观26孔水位北风井水井水位12月26日1月5日1月15日1月25日2月4日2月14日2月24日3月3日3月13日3月23日4月3日4月13日4月23日观26孔、北风井水井水位变化曲线图（2003年12月26日6时～2004年4月30日6时）CCRI.XI’ANBRANCH淹没阶段（4.12～5.10）下巷封堵阶段（6.8～9.29）淹没阶段测点4.12突水后6.5个小时4月13日6月8日投骨料（5月10日～6月8日）引流注浆（6月8日～8月15日恢复排水阶段（8.16～9.22）G1孔-100～+5.53+5.53～+10+10+23观26+18.07+4.46+5.26+5.26～+7.25+7.25～+8+8+11水源井+15.65+11.30+4.08+4.08～+7.00+7.00～+7+7+9付井-480淹没-328-151.5-151.5～-62.14-62～-65-65-300观测孔（点）水位阶段变化统计表CCRI.XI’ANBRANCH5.3突水期间及封堵巷道后水化学特征分析5.3.1井田各含水层水质特征分析CCRI.XI’ANBRANCH含水层水质类型矿化度径流条件较好时HCO3·SO4—Ca·Mg型＜1000mg/L奥陶系灰岩径流条件较差时SO4·HCO3—Ca·Mg型1400～1500mg/L大青灰岩HCO3—CaHCO3—Na·CaSO4—Ca砂岩（伏青灰岩）SO4·HCO3—Na野青灰岩Cl·HCO3—Na山西组砂岩Cl·HCO3—Na下石盒子组底砂岩HCO3—NaQ底部砂卵石HCO3-NaHCO3—Na·CaHCO3·SO4—Ca·NaQ顶部卵石HCO3—Ca型综合分析，除奥灰地下水有足够的Ca2＋、Mg2＋离子组份构成奥灰地下水特有水质外，其它各层地下水均以较高Na＋离子为主要特征。当有奥灰地下水及煤系薄层灰岩、砂岩水同时参与突水时，突水水质中将有高含量的Na＋及相对较高的Ca2＋、Mg2＋离子为其特征。CCRI.XI’ANBRANCH5.3.2突水水质资料分析CCRI.XI’ANBRANCH东庞矿突水水质动态曲线05001000150020002500135791113151719212325取样顺序号离子含量mg/L钠离子钙离子镁离子硫酸根氯离子碳酸氢根矿化度矿化度碳酸氢根硫酸根钠离子钙离子镁离子氯离子12/412/412/414/49/59/52/630/16/716/818/819/827/8/917/91/1013/1013/115/129/25/314/421/426/3取样时间东庞矿突水水质动态曲线图水样1水样2水样3水样4水样5mmol/L0303020201010CO3=Cl-SO4=HCO3-Na++K+Ca2+Mg2+1#（12/4)2#（12/4)3#（12/4)4#（17/4)5#（9/5)HCO3—Na型1#～5#水样Stiff水化学组成图CCRI.XI’ANBRANCH水样6水样7水样8水样9水样100303020201010mmol/LCO3=Cl-SO4=HCO3-Na++K+C