淺談下組煤帶壓開采煤層底板注漿加固及改造工程

摘要：下組煤的開發(fā)受到奧陶系灰?guī)r強(qiáng)含水層的威脅，為了解放下組煤，實現(xiàn)安全回采，需要對下組煤采取一定的措施，結(jié)合地質(zhì)情況，采用底板注漿加固的方式，多個工作面的安全回采證實了此方法可以實現(xiàn)下組煤的安全回采。

關(guān)鍵詞：帶壓開采；煤層；底板；注漿加固；改造工程

1.地質(zhì)概況

葛泉礦東井是新開拓的9#煤試采區(qū)，位于葛泉井田東部西油村、大油村一帶，距葛泉礦井約2.5km，走向長約2200m，傾斜寬約1900m，面積3.8km2。本區(qū)北以F12、F6，南以F13斷層為界，北部、東北部均以9#煤露頭線為界，相對葛泉井田構(gòu)成獨立抬升的構(gòu)造塊段。本區(qū)9#煤賦存較淺，煤層厚度大（4～6m左右），9#煤層至奧灰頂面的隔水層厚達(dá)35～55m，一般在40m以上。按本區(qū)奧陶系灰?guī)r水水位近十年最高標(biāo)高+50m計算（2016年10月25日實測+32m），試采區(qū)-150水平以上突水系數(shù)都小于0.06 MPa/m，屬相對安全區(qū)。經(jīng)論證，在對煤層底板隔水層及本溪灰?guī)r含水層進(jìn)行注漿加固改造并采取帶壓開采配套防治水措施以后，-150m水平以上具備帶壓開采9#煤的水文地質(zhì)條件。

1.1 地層

葛泉井田內(nèi)發(fā)育的地層自老至新依次為奧陶系（中統(tǒng)馬家溝組與峰峰組）、石炭系（中統(tǒng)本溪組與上統(tǒng)太原組）、二疊系（下統(tǒng)山西組和下石盒子組，上統(tǒng)上石盒子組）及第四系。

井田煤系地層為石炭系中統(tǒng)本溪組、石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，有多個可采煤層，主采煤層兩個，即上部主采山西組2#、下部主采太原組9#煤，東井區(qū)域則主采9#煤。

1.2 工作面煤層及頂?shù)装?/p>

煤層呈單斜構(gòu)造，傾角13-21°，工作面9#煤厚度3-5m，主要由鏡煤、亮煤組成，為光亮型煤，硬度中等，煤層呈碎塊狀，含黃鐵礦晶體。偶含黃鐵礦結(jié)核。煤層中下部含一層穩(wěn)定的泥質(zhì)夾矸，距煤層底板2.5m左右，厚度為0.1m左右。9#煤直接頂為粉砂巖，厚度為0.7—3.8m，平均1.5m。煤層底板為鋁土質(zhì)粉砂巖，區(qū)內(nèi)表現(xiàn)較穩(wěn)定，厚度為4.5-7.5m，平均6m。

2.影響工作面開采的含水層

2.1底礫含水層

礫石成分單一，為肉紅色、紫紅色石英巖、石英砂巖，礫徑10-1000mm不等，充填物為紫紅色不等粒砂或含砂粘土。含水層厚度約30m。工作面3個孔水質(zhì)化驗結(jié)果：K++Na+為12～20mm01L-1%、Ca2+為53～61 mm01L-1%、Mg2+為27mm01L-1%，Cl-為6～8 mm01L-1%、SO42-為3～11 mm01L-1%、HCO3-為81～91mm01L-1%。

2.2大青灰?guī)r含水層

該含水層直接位于8#煤頂板。根據(jù)鉆探實際揭露，大青灰?guī)r含水層為灰、淺灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，局部風(fēng)化嚴(yán)重呈黃泥狀。層厚4.0～8.3m，平均厚5.6m。根據(jù)工作面2個大青灰?guī)r鉆孔水化驗結(jié)果：K++Na+為22～24 mm01L-1%、Ca2+為53mm01L-1%、Mg2+為23～25mm01L-1%，Cl-為7～8mm01L-1%、SO42-為1～4mm01L-1%、HCO3-為87～89 mm01L-1%。

2.3本溪灰?guī)r含水層

本溪灰?guī)r含水層為淺灰色，局部水蝕成黃色。微晶結(jié)構(gòu)，致密堅硬，比較完整，局部巖芯可見裂隙及蜂窩狀溶洞，被泥質(zhì)和鈣質(zhì)充填。阻水性能中等，層厚6.0～13.7m，平均厚7.9m。工作面3個本溪灰?guī)r鉆孔水化驗結(jié)果：K++Na+為44～60mm01L-1%、Ca2+為39～64 mm01L-1%、Mg2+為1～21 mm01L-1%，Cl-為13～17 mm01L-1%、SO42-為32～59 mm01L-1%、HCO3-為0～40mm01L-1%。

2.4奧陶系灰?guī)r含水層

根據(jù)已有的2個奧灰灰?guī)r鉆孔水化驗結(jié)果：K++Na+為22～35mm01L-1%、Ca2+為50～55 mm01L-1%、Mg2+為15～23 mm01L-1%，Cl-為10～14mm01L-1%、SO42-為36～74mm01L-1%、HCO3-為0～54mm01L-1%。

3.煤層底板注漿加固及改造工程

3.1底板加固工程

（1）注漿孔布置原則

1）正常區(qū)段采用漿液擴(kuò)散半徑為20m左右，即注漿加固范圍內(nèi)鉆孔終孔位置間距40m左右；

2）考慮煤層底板采動破壞深度，注漿加固的目的層為煤層底板下10m至本溪灰?guī)r底板下2m的含導(dǎo)水構(gòu)造；

3）鉆孔裸孔段應(yīng)盡可能多的穿過注漿加固的目的層段；

4）鉆孔方向盡可能垂直于構(gòu)造裂隙發(fā)育方向，以利于漿液向垂直裂隙帶擴(kuò)散；

5）注漿鉆孔對物探異常區(qū)、斷層帶的探查與加固；工作面切眼位置、初次來壓位置、周期來壓位置和停采線附近作為重點加固區(qū)段；采用漿液擴(kuò)散半徑不大于15m。

（2）檢查補(bǔ)注漿孔布置原則為：

1）對煤層底板裂隙發(fā)育區(qū)段、物探異常區(qū)、預(yù)計初次來壓位置、斷層帶附近、陷落柱、停采線附近進(jìn)行重點檢查；

2）工作面檢查孔個數(shù)控制在不低于20%，且檢查孔在兼顧重點區(qū)段的基礎(chǔ)上均勻分布；

3）對單孔涌水量較大的區(qū)段及鉆孔密度較小的區(qū)段進(jìn)行檢驗；

4） 單孔涌水量小于10m3/h，視為達(dá)到檢查標(biāo)準(zhǔn)。

（3）注漿孔布置

1）鉆孔結(jié)構(gòu)

注漿孔單孔由孔口管（Ф108）、止水套管（Ф89）和裸孔注漿段（Ф75）組成，裸孔注漿段長度和鉆孔傾角及孔口管、套管長度在符合相關(guān)規(guī)程的基礎(chǔ)上，因鉆孔位置巖性、水壓以及初見水量大小而不同，止水套管埋深在煤層底板下6～10m，終孔位置為穿過本溪灰?guī)r底2m。

2）工程布置

工作面底板注漿加固主要通過兩巷鉆窩進(jìn)行。

3.2 注漿系統(tǒng)及注漿工藝

根據(jù)東井注漿量大、注漿范圍廣、注漿時間長等實際情況，選用了井上下聯(lián)合注漿系統(tǒng)，其主體是地面注漿站，該注漿站具有風(fēng)動下料、射流造漿、制漿過程自動跟蹤控制，水泥注漿量自動計量、注漿密度自動監(jiān)測等優(yōu)點。

采用下行式分段注漿方式，注漿之前先進(jìn)行壓水試驗，根據(jù)壓水試驗結(jié)果計算注漿段單位吸水量，然后確定漿液配比與濃度后進(jìn)行注漿。

4.結(jié)束語

通過實施底板注漿加固，增強(qiáng)了底板的隔水性，使原本不導(dǎo)含水的地質(zhì)構(gòu)造不具備導(dǎo)含水的可能，實現(xiàn)了下組煤的帶壓開采。

參考文獻(xiàn)：

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