孟津煤礦奧灰含水層注漿改造技術(shù)分析研究

劉佳

【摘要】孟津煤礦二1煤層底板太原組薄層灰?guī)r富水性差，且與奧灰強(qiáng)含水層水力聯(lián)系較弱，不宜作為底板注漿改造目的層。改造含水層只有選擇奧灰含水層。奧灰含水層為礦區(qū)主要威脅含水層，奧灰厚度達(dá)150m以上，水壓為5.4MPa。

【關(guān)鍵詞】奧陶系灰?guī)r含水層 水壓 注漿改造

一、概況

12011工作面地面標(biāo)高+412～+438m；工作面標(biāo)高-255～-320m，順槽方位327°，12011工作面軌道及膠帶順槽底板以下約10m施工有兩條底板抽放巷，底抽巷巷下距奧灰含水層頂界面平均65m，工作面底抽巷標(biāo)高：-272m～-316m，奧灰水位+210m左右，底抽巷驗證鉆孔實測最高水壓5.4MPa。

二、鉆探施工概況

12011工作面鉆探工程共施工鉆孔119個，鉆探總工程量15766.5m，掃孔總工程量13359m，完成注漿量12442.3t。

三、地面注漿系統(tǒng)

孟津礦建有地面注漿站，注漿管路采用ф68mm×10mm的鋼管，攪拌好的漿液由注漿站經(jīng)立井井筒、大巷送至各鉆場。到12011底抽巷有4趟管路，于12011底抽巷回風(fēng)口分成5趟，以滿足注漿要求。

四、注漿工藝

本工程鉆孔采用了地面粘土水泥混合漿注漿系統(tǒng)進(jìn)行注漿，注漿流程為：鉆孔放水沖孔→地面向鉆孔壓水→地面調(diào)制漿液→地面注漿泵→注漿管→鉆孔→含水層→達(dá)到終壓條件。

五、鉆探區(qū)水文資料分析

（一）水壓分析

12011工作面底板注漿改造施工的119個鉆孔，7個鉆孔未測到水壓，112個出水鉆孔實際測定水壓在2.5MPa～5.8MPa之間。12011工作面底板奧灰水壓較大區(qū)域主要分布在12011工作面切眼向外50m～270m和440m～520m范圍內(nèi)。本工作可靠水壓應(yīng)為5.0-5.5MPa，平均水壓應(yīng)為5.17MPa。

（二）水溫分析

鉆探施工的119個鉆孔中，出水鉆孔112個，出水鉆孔水溫在25℃-36.5℃，其中：未測到水溫的鉆孔7個，12011工作面底板奧灰水溫較大鉆孔分布在12011工作面切眼向外60m-260m、440m-520m區(qū)域內(nèi)，工作面可靠水溫應(yīng)為29-35℃。

（三）水量分析

奧灰水出水量分析。鉆探施工的119個鉆孔中，奧灰水單孔涌水量在0-256m3/h之間。其中，干孔7個，占總孔數(shù)的5.8%，出水鉆孔112個，占總鉆孔數(shù)的94.1%，鉆孔總涌水量：2647.38m3/h，平均單孔出水量22.25m3/h。12011工作面主要富水區(qū)域為切眼180m范圍內(nèi)及切眼外350-560m范圍內(nèi)。其中，以切眼外350-560m范圍內(nèi)富水較強(qiáng)。

（四）底板隔水層厚度分析

根據(jù)12011工作面鉆探及水壓測定資料，二1煤層底板距奧灰原始隔水層厚度平均65m，測得水壓4.0—5.8Mpa。12011工作面底板改造工程，在平面上鉆孔終孔落在膠帶、軌道順槽兩側(cè)各20m范圍內(nèi)的鉆孔，在剖面上終孔位置進(jìn)入奧灰頂界面下垂距50m；其他區(qū)域鉆孔終孔位置進(jìn)入奧灰頂界面以下垂距30m。經(jīng)過加固的底板巖石可視為有效隔水層厚度。

工作面底板巷區(qū)段，按復(fù)雜地段計算安全隔水層（即注漿改造）厚度：（取P=5.8MPa，Ts=0.06）

M=P/Ts =5.8÷0.06=97m

其他區(qū)域按正常地段計算安全隔水層（即注漿改造）厚度：（取P=5.8MPa，Ts=0.1）

M=P/Ts =5.8÷0.1=58m

根據(jù)計算，底板巷下58-97m的完整巖層可以起到安全隔水的作用。

（五）突水系數(shù)分析

根據(jù)施工取芯孔探查資料，底抽巷距離奧灰頂界面垂距38-58.1m，平均49m；工作面實測平均水壓5.17Mpa。經(jīng)換算，12011工作面底抽巷注漿改造前突水系數(shù)為0.09-0.13，平均突水系數(shù)0.1，；12011工作面注漿改造厚度距離底抽巷垂距87.4-130.5m，經(jīng)注漿改造后，改造隔水層突水系數(shù)0.025-0.061，突水系數(shù)大于0.6鉆孔2個，均為工作面鑲邊鉆孔，對工作面回采危險不大，

六、結(jié)論

（1）12011工作面共完成注漿鉆孔119個，其中檢查鉆孔9個，完成鉆探進(jìn)尺15734.5m，完成掃孔工程量13359m，完成注漿量12442.3t。完成了設(shè)計要求工程量。

（2）L1-3到L4之間的砂巖含水層富水性弱，發(fā)育不均勻；奧灰含水層富水性強(qiáng)，發(fā)育不均勻；鉆探區(qū)內(nèi)均未發(fā)現(xiàn)明顯奧灰水導(dǎo)升現(xiàn)象。

（3）經(jīng)現(xiàn)場測定，12011工作奧灰水可靠測定水壓應(yīng)為5.0 -

5.5MPa，平均5.17 MPa，可靠測定水溫應(yīng)為29-35℃。

（4）經(jīng)鉆孔取芯驗證，12011工作面底抽巷至奧灰頂界面垂距38-58.1m，平均49m。改造前突水系數(shù)為0.09-0.13，注漿改造厚度距離底抽巷垂距87.4-130.5m，經(jīng)注漿改造后，改造隔水層突水系數(shù)0.025-0.061，突水系數(shù)大于0.6鉆孔2個，均為工作面鑲邊鉆孔，對工作面回采威脅不大，工作面回采臨界突水系數(shù)小于《煤礦防治水規(guī)定》要求。

（5）完成注漿量12442.3t，單孔最大注漿量1549.7噸，平均單孔注漿104.5噸，總注漿：總出水涌水量=4.7：1，各鉆孔注漿質(zhì)量符合規(guī)程或設(shè)計要求。

（6）12011工作面前期施工鉆孔11個，本次注漿改造施工鉆孔119個，合計130個鉆孔；注漿改造控制面積0.095Km2，鉆孔分布密度為1368.4個/ Km2，萬噸煤鉆孔數(shù)為3.1個/萬噸，萬噸煤進(jìn)尺數(shù)為375.5m/萬噸，單位注漿量為0.11t/m2。

（7）經(jīng)施工檢查鉆孔和物探驗證，12011工作面整體注漿改造效果明顯，工程量和工程質(zhì)量達(dá)到預(yù)期效果，可以安全回采。