摘要：介绍了辉县市吴村煤矿一水平东翼煤柱试采工作面顶板突水的经过，分析突水水源及突水机理，阐述了治理方案和堵水技术，为矿井顶板突水的治理积累了宝贵的经验。
关键词：顶板：突水：注浆
煤矿矿井顶板突水治理工作一直是煤矿水害救治工作的重点、难点，可供借鉴的成功经验少之又少。本文介绍了辉县市吴村煤矿一水平东翼煤柱试采工作面顶板突水治理的成功经验，对类似矿井顶板突水的治理具有一定的指导和借鉴作用。
1.矿井概况
吴村煤矿位于辉县市西南角，与焦作市修武县交界处。吴村井田位于焦作煤田古汉山井田浅部中段，走向长5.4km，倾斜宽约1km，面积约5.4km2，井田西北起自二1煤煤层露头，东南止于二1煤－300m底板等高线，东到赤庄断层，西以白庄煤矿实采边界为界。
吴村煤矿1969年建井，1972年投产，设计井型15万t/a，实际最高产量达45万t左右，目前矿井处于生产后期，矿井资源接近枯竭，现试采一水平东翼煤柱。
矿井正常涌水量为800m3/h，总排水量能力为3000m3/h。
2.矿井地质水文地质条件
2.1 矿井地层及构造
矿井地层走向北东一南西，倾角东南，倾角12°~19°，主要可采取煤层为二迭系山西组二1煤层，煤厚2.32~6.83m，平均厚5.03m。
矿井基本构造为舒缓波状的单斜构造，断层较发育，多为北东向高角度正断层，主要断层有古汉山断层、赤庄断层、向阳村断层、小凤凹断层、魏村断层、南宿断层、张屯断层等，断层走向有2组，一组NE、一组NEE。
2.2 矿井水文地质特征
2.2.1 矿井主要含水层
根据岩性、埋深及含水类型，由下而上为：
(1)奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层(O2)。由中奥陶统马家沟组灰岩组成，厚约400m，广泛出露于北部山区和丘陵区，岩溶发育，补给条件好，富水性极强，上距二1煤层底板110.05~135.53m是本区主要含水层。
(2)太原组L2灰岩岩溶裂隙承压含水层(L2)。为深灰色厚层状灰岩，岩溶裂隙发育，富水性强。厚度7.07~14.85m，是间接充水含水层。
(3)太原组L8灰岩岩溶裂隙承压含水层(L8)。为深灰色厚层状灰岩，岩溶裂隙比较发育，富水性较强。厚2.49~9.17m，是本区开采二1煤层的直接充水含水层。
(4)山西组裂隙承压含水层(P11)。山西组地层厚94.61m，含中一粗粒砂岩5~7层砂岩平均厚26.22m，大占砂岩为二1煤层老顶，厚11.0~13.69m，平均厚12.02m，为二1煤层顶板直接充水含水层，本层含水性较弱。
(5)第三、四系砂、砾石孔隙含水层(Q+N)。第三、四系冲、洪积物厚度105.29~303.05m，发育多层砂、砾石层及砾岩，平均厚度54.19m，富水性极强。是本区主要含水层，可通过砂岩露头或沉陷裂隙等向顶板砂岩补给。
2.2.2 矿井主要隔水层
自下而上为：
(1)本溪组铝土质泥岩隔水层。厚度约3.08~9.73m，平均厚7.5m左右，上距二1煤层110 m±，属良好隔水层。
(2)二1煤底板隔水层。有L8灰岩至二1煤层之间的泥岩、砂质泥岩及粉砂岩组成。厚20.55~32.81m，一般25m左右，属相对隔水层，一般可阻隔L8水充入矿井。
(3)石盒子组砂、泥岩隔水层。有铝土质泥岩、泥岩、砂质泥岩及砂岩组成，其厚度大，透水性极差，一般可阻隔第三、四系孔隙水充入矿井。
3.突水经过及发生原因
3.1 工作面概况
该工作面为一水平东募煤柱试采工作面，工作面切眼长65m，走向长450m，煤层厚度6m，煤层倾角12°左右，分3层开采，本采面为第一分层采面，采高2m。
3.2 工作面构造情况
该工作面没有详实的地质构造资料，只是在上、下顺槽掘进中揭露了三条断层，分别为上顺槽切眼70m处一正断层，走向NE45°落差1m，下顺槽距切眼57m处一正断层，走向NE35°，落差4m，上顺槽安全口处揭示走向NE60°落差0.5m正断层。
3.3 突水经过
工作面于2006年6月6日推进距切眼19m处，采空区大顶初次来压，在夜间22：30分左右距上安全口3m处，顶板出现淋水，之后淋水逐渐增加，同时淋水位置向下延伸，2h后，延伸至下安全口，4h后工组面中间部位顶板变成流水，流水点位置距上顺槽22 m，地面标高+106m，流水量顶测400m3/h，6月9日经水沟浮标法测得水量为500m3/h，6月10日测得780m3/h，后趋于稳定。
3.4突水水源及导水通道
突水后，通过对距出水点1500m白庄煤矿长观孔L8水位观测，水位基本无变化，资料显示该长观孔变化为－76~－86m之间，而工作面下安全口标高为－70.346m，分析该工作面顶板出水，补给水源为O2、L2、L8灰岩的可能性不大，同时通过水质分析也排除了这一可能。所以分析出水水源为第三、四系砂砾石孔隙含水层或基岩风化带水。
3.5 导水通道分析
鉴于该工作面出水为顶板水，分析其导水通道为采空区初次来压后，煤层顶板相继下沉，势必造成顶板破碎形成裂隙，随着顶板压力的释放，裂隙向上逐渐延伸导致第三、四系砂砾石孔含水层或基岩风化带水通过裂隙流入工作面，形成顶板水。同时从突水过程看从淋水→大淋水→集中一具体部位流水，也符合工作面大顶来压的变化规律。即来压时工作面上、下安全口剪切应力最为集中，首先破碎，随着压力的逐渐加大，剪切应力逐渐向工作面中间传递，继而造成中间破碎带形成裂隙成为导水通道。
4.堵水方案与实施
4.1 注泉堵水方案设计
根据突水水源及通道分析，认为本次出水为顶板动水，水量大，水源也基本清楚，但由于顶板裂隙发育，出水点较多且沿工作面较分散，又没有可借鉴的成功经验，所以堵水十分困难。堵水思路为：通过地面注浆充填破碎带裂隙封堵顶板水，若成功最佳，若失败则采取地面注浆完全充填采空区。方案设计采取：①在工作面上、下顺槽靠近安全口各打一水闸墙，要求水闸墙抗压能力≥2.5MPa，水闸墙排水管要尽量向上设置；②本着探、注结合的原则，在工作面外7m靠近出水点布置1#钻孔，通过1#孔作工作面平行线向上距1#孔20m布置2#钻孔。
1#孔坐标3915844.772、451835.046、105.227
2#孔坐标3915862.865、451824.902、105.461
4.2 注浆堵水方案实施
4.2.1 钻孔施工
1#孔6月16日开始施工，7月18日结束，钻孔结构为0~131.5m，Φ152mm下入Φ127mm套管，131.50~终孔Φ91mm。全孔无岩芯钻进。
2#孔6月16日开始施工，7月14日结束，钻孔结构为0~129.50m，Φ152mm下入Φ127mm套管，129.50~终孔Φ91mm。全孔无岩芯钻进。
2个钻孔在施工中，1#在135.20~136.10m掉孔0.90m。[page]
2#在135.29m处漏水，135.29~139.17m进尺较快。
4.2.2 钻孔注浆
根据钻孔施工情况对1#、2#钻孔分别进行了注浆工作。
2#孔从7月1日开始注浆到7月9日结束，共注浆九次，注沙量381m2，注水泥5次，注水泥量265t。
1#孔在7月10日、7月13日2d进行了注浆工作，分别注水泥2t、16t，共计18t。
7月9日在对2#孔注浆时1#孔返浆，证明2#注浆已扩散至1#孔，而7月13日在对1#孔注浆时2#孔也出现了返浆现象，表明：①1#孔与2#孔具有连通性；②浆液已填充破碎带裂隙。
1#、2#孔终孔井口压力分别为2.1 MPa和1.5 MPa。
5.注浆堵水
5.1 注浆设备及管理系统
(1)注浆孔采用TXB－1000和GPF－18桩基钻机，配250/40型泥浆泵。
(2)注固料设备。喂料漏斗、108mm水表、108mm截门、不同网目的筛网、108mm或159mm清水泵等，108mm输水管路若干。
(3)注浆站设备及供水管路系统。注浆采用射流造浆设备一套以及大灰罐、TBW－250/40型泥浆泵、二次搅拌机、水玻璃箱、清水泵、蓄水箱、注浆管路及供水管路。
(4)供电系统。工地设配电房1个，配电房包括各种开关柜和电缆，315kW/h变压器。
5.2 注浆堵水材料及注浆工艺方法
(1)堵水材料。本着价格低廉，来源广泛，就地取材，注浆简单原则，材料选择为：425#早凝散装水泥和粗砂。
(2)注浆工艺流程。射流泵上水→储灰罐上料→二次搅拌→压入孔内。
(3)注浆材料及浆液配比选择。由于本次封堵的是顶板动水，在材料使用上以灌注粗砂为主。1#孔纯水泥灌注，2#孔沙、灰并注。最后采用水灰沙比0.7：1：1浆液进行灌注。
6.注浆堵水效果分析
在注浆堵水前，顶板出水量达780 m3/h，随着1#、2#孔注沙、水泥工程的进展，顶板出水量也日趋减小。7月9日对井下工作面现场观测顶板出水量基本消失，这一结果持续到7月18日整体注浆工程结束。表明本次顶板注浆堵水工程达到预期目的，取得圆满成功。注浆堵水率达98%。
7.结束语
(1)本次注浆工程之所以能够取得圆满成功，其原因在于突水点位置准确；设计思路明晰，方案充分、正确；注浆工艺合理，施工措施妥当。
(2)本次顶板注浆堵水成功，为资源濒临枯竭的煤矿挽回产量17万t，价值6000余万元。
(3)对于资源枯竭矿井采取补充勘探等措施，提高煤层的开采上限，充分挖掘煤炭资源，提高经济效益应当提倡，但要高度研究松散层底界的控制程度和富水性，否则将对矿井安全开采及防治水工作带来不利。
