安里煤矿DF3断层的探测及水害防治

李邵卫，宋海生，白利文

（华润天能徐州煤电有限公司，河南 驻马店 463000）

1 工程概述

安里煤矿为新建矿井，根据勘探报告，回风大巷距主井150m 处将要揭露DF3正断层（见图1）。

图1 巷道布置与DF3断层探测施工平面

2 地质、水文地质概况

2.1 水含（隔）水层

安里煤矿回风大巷标高为-470m，位于二叠系下石盒组底部与山西组交界处，充水来源主要为下石盒子组（P1x）下部的砂岩裂隙水（俗称：砂锅窑砂岩），岩性以中粗砂岩为主，厚度约19m。其含、导水性与裂隙发育程度、规模及裂隙的张开性有关，富水性较弱～中等，一般含水具可疏性，但受构造影响区域含水性、导水较好。其上下主要为中厚层砂质泥岩和薄层状泥岩，裂隙发育，局部较破碎。

-475m 水平距上覆松散层（孔隙含水层Q+N、E）含水层约120m，距下伏太灰（L6）岩溶含水层40～69m，距奥灰岩溶含水层95～120m，一般情况下各含水层间均发育有以泥岩、砂质泥为主的良好隔水层，各主要含水层间水力联系较弱。

2.2 充水水源

（1）砂岩裂隙类充水

砂岩位于巷道顶板时为顶板砂裂隙充水，当本层砂岩位于巷道底板时，可能发生底板砂岩裂隙充水。

（2）太灰岩溶类充水

回风大巷距下伏太灰L6灰岩岩溶含水层间距最小为40m，推测对回风大巷底板静水压力最大为5.43 MPa，计算回风大巷底板隔水层能够承受的安全水压如下：

式中：P为底板隔水层能够承受的安全水压，MPa；t为隔水层厚度，m，取最小值40m；L为巷道宽度，m，取4.2m；γ为底板隔水层的平均重度，MN／m3，取平均值0.023 MN／m3；Kp为底板隔水层的平均抗拉强度，MPa，取0.3MPa。

因此，一般情况下不会造成底板灰岩直接突水，但也不排除当巷道揭露强导水构造与下伏太岩溶溶水沟通时，发生太灰岩溶类充水的可能。

3 DF3断层的探测

DF3断层为一正断层，走向近东西、北倾，倾角75°，落差H=20～35m。预计DF3断层将与巷道围岩砂岩裂隙水导通，形成良好的导水通道，为巷道掘进的重要水害隐患。

首先在距离DF3断层30m 左右巷道工作面设置探水钻场，设计5 个超前探测钻孔（见图2，1＃～5＃孔），采用TXU-150 型专用钻机进行超前探查，查明掘进前方80 m、帮距20m、顶板上15m 和底板下15m 范围岩层内水文地质条件。其中4＃、2＃和5＃孔用以查明DF3断层的大致走向，1＃、2＃和3＃孔查明断层大致倾向和倾角，为断层的治理提供可靠依据（见图2、图3、图4）。

图2 总回风巷过DF3断层探水注浆钻孔布置断面

图3 总回风巷过DF3断层探水注浆钻孔布置平面

图4 总回风巷过DF3断层探水注浆钻孔布置剖面

4 巷道注浆

根据1＃～5＃钻孔探测情况，钻孔均出水，涌水量5～34m3／h，水压2.0 MPa，DF3断层导水性好，推测断距约10m。巷道掘进难以正常通过，特另外补充钻孔（6＃～10＃）采用一台2TGZ-60／210型注浆泵进行帷幕注浆。

1）注浆孔数目与布置。

根据DF3断层含、导水性与巷道设计空间位置，为形成较好的注浆帷幕，采用沿巷道轮廓线均匀布孔方案（见图2、图3、图4），本次包括探水钻孔共设计10个孔，其中8＃孔为效果检验孔。

2）注浆方式采用压入式注浆。

就是把浆液直接压入注浆孔充填裂隙，这种方式注浆速度快，压力高，浆液充填密实，结石体强度高，可注入细小裂隙。

另外施工时，采用分段前进式注浆，就是从工作面钻孔至断层导水带开始，根据钻孔出水情况，钻一段孔，注一段浆，反复交替进行，直至通过导水断裂带至设计孔深。

3）注浆段长。

本次注浆段长为80m，允许掘进60m。

4）浆液扩散半径的预计。

注浆过程中浆液的扩散半径随着岩层构造条件，岩层渗透系数、裂隙率及裂隙宽度、注浆压力、注浆时间而增大，随着浆液浓度增加而减小。由于浆液在裂隙中的扩散实际上是不规则的，所以从理论上很难精确计算。根据DF3断层导水性，推测本次注浆段断裂构造发育，浆液扩散半径顺构造裂隙方向较大。

5）浆液性质及配比。

工作面注浆一般采用单一水泥浆，固管采用水泥-水玻璃双液浆，浆液比例根据注浆吸浆量调整。

6）注浆终压。

为确保注浆效果，本次注浆终压取静水压力的4 倍，即8.0 MPa。

注浆终压的判断依据：注浆压力达到8.0 MPa，注浆量不大于10L／min，持续时间不少于20min。

7）效果检验。

在其它注浆孔施工结束后，施工8＃孔，作为效果检验孔进行注浆效果检验，在8＃孔无水或水量小于1.0m3／h时，即结束本次注浆，否则另补孔补注。

5 施工结果

1）本次DF3断层的探测与注浆施工共用时19天，施工结果见表1。

表1 回风大巷过DF3断层探水注浆施工统计

2）本次施工区域主要为砂岩和砂质泥岩，施工钻孔均有出水，出水段深度在34～57 m，最大涌水量38 m3／h。下伏钻孔涌水量较小，最小1.0m3／h。推测总回风巷前方发育DF3断层，断层具良好导水性，水源以下石盒子组砂岩裂隙水为主，与下伏太灰水无水力联系。

3）恢复掘进后，巷道掘进揭露断层区域与钻探探测出水区域基本一致，同时也与勘探报告资料基本吻合。断层带注浆后巷道掘进基本无淋水，实现无水掘进，保证了巷道工程质量，同时也为工人创造了良好的工作环境。

6 结语

1）断层导水性取决于诸多因素，首要是断层的性质、落差、断距大小、断层带的物质组成、破碎程度及胶结状态，其次是断层两盘的岩性，主要含水层的富水性，水头值大小，另外，采掘活动也能改变断层的导水性。

2）DF3断层为该矿首次遇到的主要断裂构造，其探测与注浆封堵措施，对其它断裂构造的探测与防治具有一定参考价值。