岳南煤业2152G01工作面断层定位及加固技术研究_苏鹏.pdf

722023 年第 5 期岳南煤业 2152G01 工作面断层定位及加固技术研究苏 鹏1 齐永杰2（1.山西泽州天泰岳南煤业有限公司,山西 晋城 048000；2.晋能控股集团泽州天安润宏煤业有限公司，山西 晋城 048000）摘 要 为了避免工作面过断层引发安全生产事故，为注浆加固措施提供详细的地质资料，采用无线电波透视、槽波 CT 透视相结合的探测方式对岳南煤业 2152G01 工作面进行探测，确定了 F26 断层在 2152G01 工作面精确位置及影响范围，推测出到达该断层时可能会产生的地质灾害并提前确定技术方案，采用管棚注浆加固方式直接顺利安全通过了断层。关键词 工作面；断层；物探；注浆中图分类号 TD163；TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.05.024Research on Fault Location and Reinforcement Technology of the 2152G01 Working Face in Yuenan Coal IndustrySu Peng1 Qi Yongjie2(1.Shanxi Zezhou Tiantai Yuenan Coal Industry Co.,Ltd.,Shanxi Jincheng 048000;2.Jinneng Holding Group Zezhou Tianan Runhong Coal Industry Co.,Ltd.,Shanxi Jincheng 048000)Abstract:In order to avoid safety production accidents caused by the working face passing through faults and provide detailed geological data for grouting reinforcement measures,a combination detection method of radio wave perspective and slot wave CT perspective is used to detect the 2152G01 working face of Yuenan Coal Industry.The precise location and impact range of the F26 fault at the 2152G01 working face are determined,inferring the possible geological hazards that may occur when reaching the fault and determining the technical scheme in advance,the pipe shed grouting reinforcement method is used to directly pass through the fault smoothly and safely.Key words:workingg face;fault;geophysical prospecting;grouting收稿日期 2022-11-08作者简介 苏鹏（1988），男，山西晋城人，2015 年毕业于太原理工大学采矿工程专业，函授本科，工程师，现任山西泽州天泰岳南煤业有限公司通风副总工程师兼通风科科长。苏 鹏等：岳南煤业 2152G01 工作面断层定位及加固技术研究苏 鹏等：岳南煤业 2152G01 工作面断层定位及加固技术研究1 工作面概况岳南煤业 2152G01 工作面回采 15#煤，煤厚3.053.68 m，由南向北逐步增加，煤层倾角24，埋深 236.36312.25 m，顺槽长 1230 m，切眼长 180 m。井下四邻关系：北部为集中轨道大巷，西侧为矿界保安煤柱，东部为设计回采 2152G02 工作面，南侧为实体煤。根据地质探测结果，可大致判断2152G01 工作面在推进过程经过两处断层，其中工作面中间位置有一较大断层 F26，断层精确位置需要在推进前进行判断。2 断层精确定位2.1 无线电波透视无线电波透视技术采用定点观测，一条顺槽布置信号发射点呈扇形方式向另一条顺槽信号接收点发射信号1，如图 1。通过工作面两侧顺槽接收到的无线电波信号，对断层影响的工作面区域进行圈定，可提前在工作面施工过程采取有效防护措施。图 1 无线电波信号发射、接收示意图（m）根据图 2 可以看出，2152G01 工作面在 YC1 坐标（400,0）附近信号紊乱，为明显断层信号特征，且衰减系数小于 YC2 区域，由此可推测 YC1 区域732023 年第 5 期苏 鹏等：岳南煤业 2152G01 工作面断层定位及加固技术研究苏 鹏等：岳南煤业 2152G01 工作面断层定位及加固技术研究主要受逆断层 F26 影响。图 2 无线电波 CT 透视成果2.2 槽波 CT 透视槽波 CT 透视技术通过透射槽波，槽波能量因本身能量衰减、受到构造反射或构造破碎带等条件的影响，通过判断振幅变化显示不同位置能量的差异从而得出工作面的实际情况2-5。根 据 槽 波 勘 探 成 果 分 析 得 出 以 下 结 论：2152G01 工作面探测区域存在两处异常区域，异常1 为 F26 逆断层及影响区域，向工作面内部延伸约100 m，推进方向影响范围 90 m，结果如图 3；另一异常结合巷道揭露情况推测为小断层影响区域，断距 13 m，对回采影响较小。图 3 槽波 CT 透视成果（m）3 技术方案对比分析对无线电波透视和槽波透视结果分析，对回采工作面造成影响的主要为 F26 逆断层及周边破碎区域。结合现场揭露情况可知该断层断距近 10 m，走向为西北-东南，倾向 315，倾角 84，周边煤体破碎，影响位置为推进方向约 90 m、向工作面延伸 100 m 范围，回采期间容易造成冒顶。对该断层处理方案有以下两种。3.1 方案一：重新切眼，搬家跨过断层在断层北侧 10 m 位置掘进 2#开切眼 180 m，工作面推进至工作面断层南侧 10 m 处停止回采，工作面搬家至跨过断层。从安全层面进行分析，工作面搬家以大型设备拆除、运输与安装为主，现场构造区域地势起伏，坡度较大，搬家安全风险较高。从经济层面进行分析，搬家跨过断层产生的费用分为直接投资、直接损失、间接损失，具体为：1）直接投资。需完成开切眼掘进 180 m，投资 216万元，搬家投资100万元，直接投资共计316万元。2）直接损失。工作面在推进方向有 100 m 条段的煤体无法回收，经计算得损失煤量为 8.75 万 t，直接损失为 4375 万元（单价 500 元/t）。3）间接损失。准备与施工影响回采时间 10 d，加上中间未开采与搬家影响时间为 35 d，总影响时间为 45 d。3.2 方案二：管棚注浆，直接通过断层注浆法加固可提高煤岩体稳定性6。注浆工程对钻孔角度与方位要求较高，但施工危险系数低，并且在进行管棚注浆后综采工作面可直接通过该断层。此方案减少了搬家等环节，安全系数较高。从经济层面进行分析，此方案的成本有：1）直接投资。预计直接投资 800 万元。2）直接损失。考虑工作面通过该断层有局部煤体无法回收，按断层影响区域 90 m100 m 的 50%计算，损失煤量为1.79 万 t，直接经济损失 890 万元。3）间接损失。进行准备与施工需 3 个月，但实施时可与回采工作面检修平行作业，对矿井正常生产基本不产生影响。在工作面通过管棚加固区时推进进度较为缓慢，预计推进度为平时推进的2/3，累计影响时间约为15 d。3.3 综合分析综合对比施工难度、成本，方案二管棚注浆加固虽然直接投资较高，但可与回采检修班平行作业，对矿井正常生产影响最小，同时可较大限度回收工作面煤体，对矿井正常生产影响时间短，可保证矿井均衡、稳定生产，实现效益最大化。故以方案二作为通过断层区域的施工方案。4 加固方案4.1 煤体加固为预防回采期间煤层及顶板大面积冒顶、垮落，在 F26 断层两侧进行煤体注浆，加固煤体破碎区域，同时用注浆钻孔查明断层走向及延伸范围。如图4。1）注浆孔布置。在断层下盘侧 80 m 区域范围施工一排钻孔进行注浆加固煤体。钻孔距巷道底板1.5 m，钻孔间距 3 m，钻孔垂直胶带顺槽煤壁向工作面内部，孔深穿过 F26 断层进入对盘 5 m，设计742023 年第 5 期施工钻孔个数 26 个，总进尺 1920 m。每个钻孔施工完后，用钻孔窥视测井仪测量钻孔的轨迹和岩性，合格后全孔下入 50 mm 的 PE 花管。2）注浆孔施工。钻孔采用前进式注浆施工，开孔采用 147 mm 钻头开孔，孔深 7 m，下入 6 m（110 mm）PE 花管，回采时直接割断，不影响回采工作。钻进用 73 mm 钻头配 50 mm 钻杆施工，每施工20 m 注浆一次，注浆压力 810 MPa，持续时间 30 min，凝固 24 h 后把孔扫开，再前进 20 m 注浆，循环至将钻孔施工到设计孔深位置。每个钻孔施工结束后，用钻孔窥视测井仪测量钻孔轨迹和岩性，合格后全孔下入 50 mmPE 花管，并将 PE 注浆管和煤体注为一体，压力达到 810 MPa，持续时间 30 min。3）注浆材料。注浆材料使用 A、B 双液料，注浆固定凝固 24 h 后进行耐压试验，试验压力 5 MPa，持续时间 30 min。封孔采用 A、B 双液（超细水泥+三乙醇胺）注浆材料，注浆采用超细水泥浆。图 4 煤体加固钻孔布置平面图（m）4.2 管棚加固为防止 F26 断层附近顶板及煤体大面积垮落，采取人造假顶技术。在断层附近形成一层厚为 13 m 的管棚支护顶板。具体步骤为：1）首先对煤体及断层裂隙进行注浆；2）形成管棚通道，并通过钻孔窥视仪分析钻孔质量，确保管棚假顶安置在最理想高度；3）进行封孔注浆。操作流程：注浆孔布置在 F26 断层上盘，用管棚注浆加固，注浆孔为双排，每排 35 个，钻孔间距 2 m。上排钻孔开孔高度距底板 2 m，走向与顺槽夹角 45，终孔穿过 F26 断层进入对盘岩体 5 m；下排钻孔开孔高度距底板 1.5 m，走向与顺槽夹角 45，与上排孔呈三花状布置，穿过断层进入对盘岩体中 5 m，设计钻孔进尺 6500 m。钻孔施工注浆工艺与煤体注浆钻孔施工注浆工艺基本相同，区别是管棚注浆在距离断层面 20 m 到终孔下入 50 mm 直径的无缝钢管，预计 1516 m，注浆把无缝钢管和煤体注为一体，注浆压力 810 MPa，持续 30 min。注浆材料与煤体加固注浆材料相同。如图 5。（a）剖面图（m）（b）平面图图 5 管棚注浆加固钻孔布置示意图（m）5 效果分析1）通过对断层破坏区顶板进行管棚注浆加固，有效降低了地质构造对工作面造成的影响。2）通过对 F26 断层附近采取注浆加固，提高了该区域的强度，未出现明显的片帮、掉顶现象。6 结论1）采用无线电波透视、槽波 CT 透视技术，对2152G01 工作面采区断层位置精确定位，提前制定相应的方案并作出研判，做好安全保障与防护措施，使得 2152G01 工作面推进工作安全进行。2）通过采取注浆加固方式对断层附近煤体进行加固，防止煤体和顶板大面积垮落，采用管棚支护顶板形成人工假顶，综采工作面可直接通过断层，减少搬家倒面、重开切眼的工程量，增加经济效益。【参考文献】1 吴荣新，刘盛东，肖玉林，等.工作面无线电波透视实测场强成像分析及应用 J.岩土力学，2010，31（S1）：435-440.2 姬广忠，程建远，胡继武，等.槽波衰减系数成像方法及其应用 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