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摘要：本文在地面钻孔预注浆分岔煤层下分层再生顶板的工程背景下，系统的研究了由注浆可能引起的次生水害的防治问题。首先对注浆后采空区的注浆残余析水量进行了分析计算，其次，坚持“有疑必探”的原则，采用瞬变电磁法对采空区富水性进行了探查，并针对瞬变电磁勘察富水异常区采取钻探方式进行探放，查明了工作面的水文地质条件，同时消除了次生水害的隐患，并制定了工作面回采期间所采取的安全技术方案。通过本文的研究，可针对注浆可能产生的次生水害，形成从“探”到“防”的科学闭环，从而确保注浆工作面的回采安全，可为类似条件下的次生水害防治提供参考。

关键词：顶板注浆;次生水害探查;次生水害防治;安全性评价

1  引言

当近距离煤层采场上煤层回采后，形成垮落带、裂隙带、弯曲下沉带及底板破坏带[1， 2]，由于煤层间距较小，致使下煤层工作面再生顶板岩体结构破碎，下煤层工作面回采期间易发生大范围顶板冒、漏及煤壁片帮事故[3， 4]，严重影响了工作面的回采效率和安全。针对工作面破碎顶板及巷道破碎围岩的治理常采取注浆加固手段[5-9]，使破碎岩体在浆液胶结作用下的整体性得到提升，增加岩体的抗破坏强度，从而达到改造目的。针对构造影响破碎带岩体及巷道破碎围岩的注浆治理，其注浆区域通常是小范围的，浆液析水量较少，则很少需要考虑注浆后浆液析水引起的次数水害问题，对采空区下破碎顶板的大面积注浆治理，浆液的析水量较大，加上老空区本身积水，需进一步查明再生顶板注浆区域的赋水情况，并有针对性的进行探放，坚持“有疑必探，先治后采”的防治水原则[10， 11]，以保障再生顶板注浆改造工作面的回采安全。针对破碎顶板的治理改造，采用地面钻孔预注浆加固工作面破碎顶板的相关研究并不多见，基于该工程背景下，进行再生顶板地面预注浆加固的次生水害防治研究，可为以后类似工程条件下次生水害（老空水、浆液析水）的治理提供借鉴和参考。本文基于以上分析，在许疃矿72210工作面再生顶板地面预注浆工程实施后，拟采用理论分析、瞬变电磁探测[12-16]、钻孔探测[17-20]等研究手段，针对再生顶板地面预注浆加固次生水害的防治提供一套完整的探测—治理体系。

2  工作面注浆析水量预测与探查

2.1  注浆工程施工背景

72210工作面中段600 m、外段收作线附近150 m区域上距71210、71212采空区0～7.6 m，平均4.2 m。71210工作面于2010年12月31日收作，71212工作面于2014年10月13日收作，工作面采动破坏了72210工作面顶板覆岩，导致72210工作面顶板破碎，严重威胁72210工作面掘进及回采安全。为确保72210工作面中段及外段安全高效开采，许疃矿在72210工作面掘进前对工作面中段600 m与外段收作线附近150 m区域72煤顶板采取了地面钻孔预注浆加固措施，注浆钻孔布置如图1所示。

72210工作面地面预注浆加固煤层再生顶板工程共设计9个注浆孔，其中在72210工作面中段600 m范围由东北向西南方向逐渐布置7个钻孔，钻孔编号为72210X1～72210X7;在外段收作线附近150 m区域南北方向布置2个钻孔，钻孔编号分别为72210X8、72210X9，钻孔均采用三开结构施工，钻孔终孔层位位于72煤顶板，设计孔深539 m～574 m。工程于2020年3月11日开始施工，2020年10月3日结束，本次实际注浆总量为27057.0256 t，其中注入水泥4146 t，粉煤灰22910 t，浆液量66396 m3，单孔注浆量均大于1000 t，钻孔终压均在6 MPa左右。

2.2  注浆析水量分析

本次注浆工程总注浆量约66396 m3，浆液比重1.1 g/cm3～1.45 g/cm3，根据水泥在不同比重下析水率实验实测数据显示，析水率约5%～61%，平均31%。经计算，9个钻孔注浆总析水量约为21138 m3。

注浆析出水一部分通过71212机巷、82下四中岩石集中巷封闭墙泄水孔流入井下排水系统，一部分被71煤层顶板砂岩孔、裂隙吸附，一部分残留于71212采空区内。除去采空区动态补给水量背景值后，71212机巷封闭墙在注浆期间总涌水量约7008 m3，82下四中岩石集中巷封闭墙注浆期间总涌水量约8750 m3，参考许疃矿7228地面注浆期间砂岩吸附水率25%计算，岩石吸附水量约5285 m3。据此计算71212采空区内残余注浆析水量为：

采空区残余注浆析水量=注浆析水量-排水量-岩石吸附水量

经计算，采空区残余注浆析水量为95 m3。

2.3  注浆析出水分布范围预测

为精准预测注浆析出水分布范围，许疃矿分别于2020年11月18日、2021年8月13日，委托安徽惠洲地下灾害研究设计院在82下二中、四中岩石集中巷采取顶板瞬变电磁法，探测72210工作面煤层顶板富水性。共查出6处低阻异常区（YC1～YC6），发育范围为顶板上方20 m～30 m。6处低阻异常区均靠近上覆71212机巷（采空区），异常区位于顶板上方采空区范围内，分析异常区均为采空区积水影响所致。

3  次生水害治理

许疃矿坚持“有疑必探，先治后采”的防治水原则，确保再生顶板注浆改造工作面的回采安全，决定采用密集钻孔进行次生水害探查。

3.1  勘察钻孔设计及施工

根据注浆孔布设位置，外扩100 m作为注浆析出水可能存在的范围，在此范围内，采取终孔间距30 m×30 m网格式密集钻孔进行探查验证。

钻孔布设方案：分别在82下二中、四中岩石集中巷覆盖注浆影响区域及其外100m范围施工密集钻孔验证。共设计10个钻窝，共计30个钻孔，每组钻孔均呈扇形布置，1组3个钻孔，终孔层位分别位于71212机巷、7煤层（采空区）顶板20 m、7煤层（采空区）顶板40 m。设计钻探工程量3005 m（30孔）。

严格执行《煤矿防治水细则》第三十九条要求[21]，采用专用钻机进行探放水，由专职探放水队伍施工。选用探放水设备为ZDY-3500型液压钻机、φ73mm钻杆、φ94mm及φ133mm钻头，下置φ108mm止水套管11m。由我矿防突区钻机队专业队伍施工此探放水工程。根据巷道掘进进度计划，分两期施工探查验证孔。

3.2  钻探结果分析

（1）82下二中岩石集中巷

工程于2021年2月19日开始施工，5月29日结束，设计818m/9孔，实际完成813m/9孔。仅2#、3#、5#孔少量涌水现象（涌水量0.1 m3/h～0.3 m3/h），其余6孔均无水，且出水钻孔经短期疏放后均干孔，结合水质资料分析，水源为砂岩裂隙水。据钻孔实际揭露及测斜资料综合分析，各孔均施工至设计位置，工程完工后，钻孔均全程注浆封孔。

（2）82下四中岩石集中巷钻探结果分析

工程于2021年8月28日开始施工，11月21日结束，设计2187m/21孔，实际完成2172m/21孔。仅4#、5#孔出水明显（对应YC3异常区），单孔水量5m3/h、3m3/h，出水时长较短，共疏放水量约350m3，分析为上覆71212采空区局部低洼点积水，其余钻孔涌水量0.1 m3/h～0.5 m3/h，水源为煤层顶、底板砂岩裂隙水。据钻孔实际揭露及测斜资料综合分析，各孔均施工至设计位置。

4  工作面采前安全性评价及回采期间拟采取的安全技术措施

4.1  工作面采前安全性评价

72210掘进工作面地面9个注浆钻孔封孔质量良好，注浆范围段及其外100m范围内顶板瞬变电磁勘探查出的6个低阻异常区经钻探验证，除工作面里段YC3低阻异常区存在富水异常外（水源为71212采空区局部低洼点积水，已探放完毕），其余5个低阻异常区均无富水异常。各探查钻孔施工期间关键节点均有地测人员现场跟班，钻孔施工质量可靠。工作面机巷掘进期间，顶板无滴淋水现象。

综上所述，工作面水文地质条件清楚，72210工作面注浆析出水已疏干，工作面掘进期间无注浆水影响。

4.2  工作面回采期间拟采取的安全技术措施

为确保工作面回采期间安全，采取如下措施：

（1）加强两巷及工作面水情观测，结合工作面顶板采空区防火观测孔动态掌握采空区积水情况。

（2）定期检查四中岩集放水孔水量变化情况，发现机巷低洼处存在滴淋水等现象，动态施工顶板采空区验证孔。

（3）完善机、风巷排水系统，在82下四中岩石集中对应72210机巷低洼点位置施工泄水孔。

（4）工作面采前施工顶板瞬变电磁法勘探，并进行钻探验证。

5  结论

本文在地面钻孔预注浆分岔煤层下分层再生顶板的工程背景下，系统的研究了由注浆可能引起的次生水害的防治问题。首先，本文对注浆后采空区的注浆残余析水量进行了分析计算，其次，坚持“有疑必探”的原则，采用瞬变电磁法对采空区富水性进行了探查，并针对瞬变电磁勘察富水异常区采取钻探方式进行探放，最后对工作面回采安全进行了评价，制定了工作面回采期间所采取的安全技术方案。通过本文的研究，可针对注浆可能产生的次生水害，形成从“探”到“防”的科学闭环，从而确保注浆工作面的回采安全，研究结果如下：

（1）通过对注浆后浆液析水量及排泄条件的分析，最终计算出采矿区注浆后残余析水量为95 m3。

（2）瞬变电磁法共探测出采空区存在6处低阻异常区，设计10个钻窝，共计30个钻孔对异常区域进行了全面的水害探查，勘探结果表明，71212采空区只存在两个局部低洼积水点，共计疏放水量约350m3，其余钻窝涌水量均为0.1 m3/h～0.3 m3/h，水源为煤层顶、底板砂岩裂隙水。

（3）通过对异常区域水害的探查与治理，掌握了工作面的水文地质条件，并对存在的积水体进行了疏放，工作面掘进期间可不受注浆水体影响。

（4）为确保工作面回采期间安全，在工作面回采期间需加强对两巷及工作面水情观测，针对异常情况迅速进行动态施工验证，并完善排水系统。

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