澄合礦區(qū)安陽(yáng)煤礦1508工作面K2灰?guī)r治理成效研究

王峰

摘要：澄合礦區(qū)東部安陽(yáng)煤礦工作人員在開(kāi)采5號(hào)煤層時(shí)發(fā)現(xiàn)底板K2灰?guī)r含水層存在水害隱患，需采取必要的手段和技術(shù)進(jìn)行防治。通過(guò)含水層提前疏放與封堵相結(jié)合的方法，對(duì)1508工作面K2灰?guī)r進(jìn)行了治理。治理效果顯示，經(jīng)過(guò)注漿加固改造后，改造前物探結(jié)果中顯示的大范圍成段出現(xiàn)的異常區(qū)變成了零星分布的小范圍異常區(qū)，實(shí)際回采中礦井涌水水源僅為頂板砂巖水，無(wú)底板灰?guī)r水，證實(shí)本次防治水手段取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：K2灰?guī)r;底板;注漿加固;治理效果

中圖分類號(hào)：TD745

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.11.040

1 引言

煤層底板灰?guī)r承壓含水層一直是礦井防治水工作中的重點(diǎn)對(duì)象之一[1-3]，含水層的提前疏放和注漿改造的結(jié)合可以取得良好的效果[4-6]。目前在開(kāi)采澄合礦區(qū)東部安陽(yáng)煤礦5號(hào)煤層時(shí)，由于距離底板K2灰?guī)r較近，煤層回采時(shí)，受底板采動(dòng)破壞的影響，可能導(dǎo)致灰?guī)r水沿底板破壞裂隙涌入采場(chǎng)，造成水害事故。

本文通過(guò)對(duì)安陽(yáng)煤礦1508工作面的帷幕注漿加固，對(duì)比分析了加固前后的煤層底板水文地質(zhì)條件的差異，研究成果為煤礦安全回采提供了可靠依據(jù)。

2 工程布置

1508工作面位于安陽(yáng)煤礦一采區(qū)中部，煤層底板標(biāo)高+312 - +340 m.1508工作面走向長(zhǎng)度為1 757.66 m，傾斜長(zhǎng)度為150 m，平均煤厚4.5 m，工作面受控于波狀起伏的單斜構(gòu)造，由西向東煤層高程逐漸降低。5號(hào)煤層底板距K2含水層僅有16 m左右，距離底部奧陶系灰?guī)r含水層僅30 m。根據(jù)地面物探結(jié)果顯示（瞬變電磁），該面的中段存在兩處富水異常區(qū)，為保證安全生產(chǎn)，礦方在掘進(jìn)時(shí)有針對(duì)性地對(duì)這兩處異常區(qū)進(jìn)行了井下鉆探驗(yàn)證，結(jié)果顯示，一孔干燥未涌水，另一孔在揭露K2灰?guī)r時(shí)出水，但水量?jī)H為8 m³/h左右，這也說(shuō)明了研究區(qū)底板含水層富水性的不均一性。

總體來(lái)說(shuō)，煤層底板K2灰?guī)r含水層是開(kāi)采5號(hào)煤層時(shí)的直接充水含水層，奧灰含水層是間接充水含水層。根據(jù)工作面實(shí)際水文地質(zhì)條件和物探探查結(jié)果，本次研究采用了注漿加固和探查疏排相結(jié)合的方法對(duì)1508工作面底板K2灰?guī)r含水層進(jìn)行了綜合治理。

為了確保本次工作的有效性，在井下鉆進(jìn)至穩(wěn)定的厚層底板巖層時(shí)，必須保證套管安裝的合理性，例如各個(gè)級(jí)別套管的深度、下放套管的時(shí)間、水泥固管和孔口管深度等，此外還必須考慮到主采煤層采動(dòng)后底板破壞深度、底板隔水層的厚度和承壓強(qiáng)度等因素。

本次注漿加固過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，注漿次數(shù)多，在前期注漿加固時(shí)，應(yīng)首先在K2灰?guī)r的物探探測(cè)富水異常區(qū)或與底部的奧陶系灰?guī)r含水層發(fā)生水力聯(lián)系的區(qū)域進(jìn)行，在布置注漿鉆孔時(shí)，應(yīng)按照以下原則和步驟進(jìn)行：①針對(duì)存在奧陶系灰?guī)r含水層補(bǔ)給的區(qū)域進(jìn)行井下鉆孔設(shè)置，由于受煤層采動(dòng)影響，因此選擇注漿加固的深度為25 m左右，一般在揭露硬質(zhì)砂巖時(shí)結(jié)束，該工作主要為切斷奧陶系灰?guī)r水服務(wù);②前期注漿結(jié)束后，靜置一個(gè)月，保證漿液的凝固強(qiáng)度，然后用物探手段進(jìn)行復(fù)查，在探查結(jié)果中再次對(duì)異常點(diǎn)（區(qū)段）進(jìn)行施工注漿孔，同時(shí)對(duì)未達(dá)到預(yù)期效果的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充或重新注漿;③井下疏放鉆孔疏放的時(shí)間應(yīng)該根據(jù)該工作面的采掘規(guī)劃而定，為保證疏放效果，本次工作增加了疏放時(shí)間，并在回采和疏放過(guò)程中對(duì)礦井工作面的涌水量進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析其變化特征。

按照以上原則和步驟，1508工作面共計(jì)施工底板注漿加固鉆場(chǎng)21個(gè)，鉆孔47個(gè)，累計(jì)鉆進(jìn)2 845.1 m，注漿量為7 668 m³。

3 治理成效分析

3.1 物探結(jié)果對(duì)比

本次工作中在底板注漿前后分別對(duì)1508工作面進(jìn)行了井下物探（直流電法）探測(cè)，探測(cè)區(qū)段主要為主采煤層底板下的0-40m。注漿前探測(cè)結(jié)果顯示，該工作面存在3個(gè)異常區(qū)（段），且各個(gè)異常區(qū)相互連通，初步判定該工作面存在垂直導(dǎo)水通道，可能導(dǎo)通了K2灰?guī)r和下部的奧陶系灰?guī)r含水層，且富水性強(qiáng)，如圖1 （a）所示。

注漿后探測(cè)結(jié)果顯示，前期分布的三個(gè)連通的大片異常區(qū)已不存在，呈現(xiàn)出零星分布的小區(qū)段異常，個(gè)別區(qū)段顯示為高異常。顯然，該結(jié)果說(shuō)明了本次注漿加固改造的良好效果，如圖l（b）所示。

3.2 實(shí)際推采驗(yàn)證

根據(jù)前期物探結(jié)果，本次在三個(gè)異常區(qū)內(nèi)布置了K2灰?guī)r含水層疏放孔，施工深度均超過(guò)了15 m，三個(gè)異常區(qū)的疏放水量在前期分別是15 m³/h、9 m³/h和8 m³/h，而在注漿加固的后期又分別逐漸減至11 m³/h、7 m³/h、6m³/h。

回采至439.12 m時(shí)工作面涌水量為35 m³/h左右，通過(guò)水文地球化學(xué)檢測(cè)方法得出，涌水水質(zhì)化驗(yàn)類型為HC03-- S042_Na+.Ca2+型，礦化度為0.776 mg/L，通過(guò)與區(qū)域水文地質(zhì)資料比對(duì)發(fā)現(xiàn)，該類型水位典型的頂板砂巖裂隙水，非底板灰?guī)r水。

此外，通過(guò)實(shí)際回采監(jiān)測(cè)和臨近井田的涌（突）水特征資料，1508工作面臨近的1505工作面涌水具有明顯的“臭雞蛋”（硫化氫）的氣味，但是1505工作面涌水并未發(fā)現(xiàn)該類現(xiàn)象，因此綜合分析認(rèn)為，1505工作面的充水水源為煤層頂部的K中、K5砂巖裂隙水。

1505工作面推采至工作面末端時(shí)，受采動(dòng)影響7號(hào)疏放孔內(nèi)出現(xiàn)了塌孔，最后鉆孔涌水量減至1 m³/h左右，巷道底板有少量滲水，工作面最終涌水量穩(wěn)定在25 m3/h左右，且直至回采結(jié)束該區(qū)域未出現(xiàn)底板涌水。

根據(jù)以上施工前后的對(duì)比結(jié)果表明，1505工作面主采煤層底板K2灰?guī)r主要以靜儲(chǔ)量為主，正常情況與下部奧陶系灰?guī)r含水層聯(lián)系不大;在不受強(qiáng)烈采動(dòng)影響條件下，通過(guò)提前疏排措施是可以實(shí)現(xiàn)安全回采的;通過(guò)實(shí)施底板注漿加固工程，較好地改造了主采煤層隔水層的補(bǔ)給通道和徑流條件，在一定程度上阻斷了奧陶系灰?guī)r與K2灰?guī)r的水力聯(lián)系，為后期治理底板水害提供疏降條件?？傮w來(lái)說(shuō)，井田內(nèi)K2灰?guī)r水靜儲(chǔ)量相對(duì)較小，但是物探結(jié)果顯示煤層底板巖層垂直裂隙極為發(fā)育，存在與奧灰?guī)r溶含水層的水力聯(lián)系，這種較為明顯的水文特征是該礦區(qū)后期治理水害需重點(diǎn)防范的內(nèi)容之一。

4 結(jié)論

通過(guò)采取疏放與封堵相結(jié)合的方法，對(duì)1508工作面K2灰?guī)r進(jìn)行了治理。治理效果顯示，經(jīng)過(guò)注漿加固改造后，前期物探結(jié)果中的大片連通的異常區(qū)被隔離為零星分布的小范圍異常區(qū);經(jīng)過(guò)注漿加固改造后，實(shí)際回采中礦井涌水水源為頂板砂巖水，無(wú)底板灰?guī)r水;含水層的提前疏放和底板注漿加固改造取得了良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙慶彪，趙兵文，付永剛，等.大采深礦井地面區(qū)域治理奧灰水害關(guān)鍵技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2016，44（ 8）： 14-20.

[2]李永軍，彭蘇萍.華北煤田巖溶陷落柱分類及其特征[J]煤田地質(zhì)與勘探，2006.34（4）：53-56.

[3]黃暉，蔣法文，韓必武，等.淮南礦區(qū)A組煤層底板灰?guī)r鉆孔瓦斯噴孔綜合探查分析[J].煤炭學(xué)報(bào)，2013， 38（ ll）：1988-1992.

[4]鄭士田.兩淮煤田煤層底板灰?guī)r水害區(qū)域超前探查治理技術(shù)[J].煤田地質(zhì)與勘探，2018，46（ 4）： 142-146.

[5]南生輝.邯邢礦區(qū)奧陶系灰?guī)r上部注漿改造技術(shù)[J].煤田地質(zhì)與勘探，2010，38 （3）： 37-40.

[6]趙鵬飛，趙章.地面水平分支孔注漿超前治理奧灰底板突水技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2015，43 （6）： 122-125.