澄合西部井田承巖溶奧灰水帶壓開采技術探索

文/張軍琪

澄合礦區(qū)西部井田，隨著開采水平不斷延伸和開采范圍的不斷擴大，承奧灰水開采的水壓不斷升高，水文地質條件變得愈來愈復雜，突水威脅愈加嚴重。井田+320m以下煤層均受奧灰水威脅，大量優(yōu)質儲量亟待解放，如不采取有效措施解決水患威脅，將導致礦區(qū)可采儲量減少，產量連年下降，直接影響礦區(qū)的長遠發(fā)展。

一、煤層底板注漿技術在澄合礦區(qū)應用的必要性

1.水害壓煤

澄合礦區(qū)西部井田均為水文地質條件復雜礦井，東部礦井深部開采也受水患威脅。礦區(qū)井田充水水源為煤系基底奧陶系石灰?guī)r巖溶水，距開采煤層很近，為強含水層，水壓高。礦區(qū)受水患威脅儲量高達億噸，造成大量儲量不能解放，排水費用連年提升，經濟效益低下，礦井抗災能力大為降低，直接威脅礦區(qū)的科學發(fā)展，安全發(fā)展。

2.突水現狀

西部井田在+320m以下開采中均發(fā)生過突水,其中董礦井田較為嚴重，據統計，有3個采煤工作面在回采中突水，2個面被淹，不得不強排回采，而且甩掉了大量的回采煤量，造成礦井生產接續(xù)緊張?；夭蓵r突水急速，水量達150～200m3/h，采面第一次突水都在初采期間，給安全回采帶來嚴重威脅，礦井雖然實施了多項綜合防治水工作，但對復雜含水層富水性強的地區(qū)治理效果不明顯，巨額排水費用也難以承受。

綜上所述，在澄合西部井田應用底板含水層注漿加固技術，再造隔水層這一新技術十分必要，也十分迫切。

二、底板注漿改造技術在西部井田應用的可行性

煤層底板注漿改造技術就是沿工作面兩順槽向工作面大面積布置注漿鉆孔，通過注漿鉆孔注漿來充填底板含水層的巖溶裂隙和導水裂隙，從而大大減弱含水層的富水性，并切斷水源補給通道，使受注含水層改造為不含水或弱含水層，同時增強了煤層底板隔水層強度，實現不突水開采。

1.煤層底板巖層及導水性分析

西部井田深部煤系地層為海陸相交互含煤沉積，5#煤底板距奧灰頂界面間距一般在18～44m，平均32m，5#煤直接底為K3石英砂巖，裂隙發(fā)育；其下為深灰色粉砂巖、薄層煤及石英砂巖和粉砂巖互層；再下為K2灰?guī)r，多數被石英砂巖沖刷，相變?yōu)樯皫r；其下為10#煤，不可采，再往下為K1鋁土巖，厚度不均勻，0.5～10m 不等，多數在1m以下。由于K1鋁土缺失或較薄，可使奧灰承壓水導升到K2，雖然灰?guī)r無巖溶構造時有一定隔水作用，但多數被石英砂巖沖刷，其隔水作用喪失。K3由于裂隙發(fā)育，回采中又受采動壓力破壞，裂隙更為發(fā)育，這樣煤層到奧灰頂界面無隔水層，奧灰?guī)r溶水通過裂隙導升至K3，形成突水。

2.再造隔水層可行性分析

從5#煤底板地層分析和多年來地質資料表明，5#煤距奧灰頂界面很近，平均厚度32m，多數在28m上下。礦壓觀測西部井田回采底板破壞深度8～10m，也就是說減去底板破壞深度的8～10m，仍有18～20m可作為注漿改造堵塞導水通道的足夠距離，加之注漿對直接底板K3的加固改造，阻水作用提高，完全能夠再造隔水層或弱導水層，從而防止奧灰水的突出。

3.新型注漿材料經濟可行性分析

隨著注漿技術不斷探索和發(fā)展，注漿材料經歷了單液漿到水泥、粘土、水玻璃等多元材料的發(fā)展過程，水泥粘土漿注漿成本低、來源廣、漿液流動性好，懸濁不沉淀，膠結性能好，充填效果佳，改造質量高，經濟可行。

4.新型物探手段助推注漿改造技術成功應用

直流電法探測已在澄合礦區(qū)應用多年，通過對多個工作面的探測，證實探測灰?guī)r富水帶和巖溶發(fā)育帶比較準確。通過探測，一方面可以了解底板含水層裂隙分布情況，確定富水地段，指導注漿孔合理布置；另一方面為檢驗注漿效果提供了驗證手段，保證了注漿改造技術的應用。

綜合以上因素，在澄合西部井田實施煤層底板注漿改造，再造隔水層是可行的，應積極推廣，破解奧灰水防治的難題。

三、底板注漿改造施工方法

1.注漿施工工藝

地面設制漿站，通過注泵管路將漿液送至工作面兩順槽，通過注漿鉆孔對底板注漿，充分利用K3、K2的堅固性和巖溶裂隙的可注性，使?jié){液在注漿壓力的作用下沿著巖層裂隙擴散、沉淀、結石、膠凝，達到充填巖層裂隙，置換巖層裂隙水的目的，使含水層不含水或弱含水，從而完成再造隔水層的注漿工藝流程。

2.注漿孔布設

在工作面兩順槽及開切眼內每60～100m設一鉆場，按漿液20～60m擴散半徑要求布孔，力求漿液在整個富水地帶改造范圍覆蓋率達到90%以上，工作面初采地段、構造裂隙發(fā)育帶、斷層帶、隔水層變薄帶加密布孔，使鉆孔盡量與裂隙發(fā)育方向垂直或斜交，穿透含水層。

3.注漿方式

注漿改造采用分孔序連續(xù)注漿方式，直至達到終孔壓力，鉆孔不吸漿為止。注漿時，盡力達到最大量進漿、最大范圍擴散、最大限度充填的目的。

一般初期注漿采用濃度較小粘土漿注漿，并使?jié){液由稀到稠連續(xù)注漿，保證其流動性和擴散性，使?jié){液最大限度擴散至最遠裂隙。當孔口壓力達到6Mpa時充填飽和，終止注漿。

由于底板破碎及巷道采面滲水等原因，在鉆場、巷道、采面與注漿孔發(fā)生水力聯系時，需采用動態(tài)注漿，首先用稠濃度漿液注漿，采用循環(huán)注漿方式，仍達不到防止跑漿、漏漿目的時，則采用特殊注漿方式，一般采用多液漿注漿，以加快漿液的硬化速度。根據裂隙發(fā)育不易充填的實際情況，有針對性的向鉆孔內充填鋸末、海帶粉、刨花、砂子等骨料，利用其膨脹系數大的特性，保證充填固結強度，堵漏后實施正常注漿。

4.注漿材料

粘土是注漿的主要材料，消耗量大，是漿液的主要成分。要求具有一定的可塑性，粒度小，漿液流動性好，附著后有膠凝性，塑性越好，粘土的顆粒分散性越好，越易于制成懸濁液，不易沉淀，造漿效率高，注漿效果好。

5.注漿中的注意事項

（1）注漿前洗孔30～60分鐘，將沉淀在孔內碎石，裂隙中的充填物沖出，使裂隙暢通。

（2）水灰比、粘稠度要按單孔涌水量及巖溶裂隙發(fā)育程度確定。

（3）注漿中要根據進漿、吸漿情況及時調整泵量及漿液配比。

（4）一般情況下應連續(xù)注漿，注漿質量才有保證。

（5）注漿結束，需及時用清水將管路沖洗干凈，防止?jié){液沉淀在管路內，堵塞管道，保證管路通暢。

（6）要設專業(yè)技術人員指導注漿工作，觀測詳實，保證注漿全過程按流程進行。

四、注漿效果

澄合西部井田按照上述注漿工藝注漿加固改造底板，再造隔水層，經多次井下電法探測驗證，90%均達到高電阻區(qū)，表明煤層底板由高富水性巖層變?yōu)槿鹾虿缓畮r層，有效防止了突水。實踐證明，底板注漿加固，再造隔水層這項技術的探索和應用，取得明顯的經濟效益，為澄合礦區(qū)解放承壓儲量，保證礦井帶壓開采安全探索出了一條成功之路。