陈四楼煤矿煤层底板注浆分层扩散规律

刘　洲

(河南能源化工集团永煤公司陈四楼煤矿)



陈四楼煤矿煤层底板注浆分层扩散规律

刘洲

(河南能源化工集团永煤公司陈四楼煤矿)

摘要陈四楼煤矿矿井南翼深部采区水文地质条件较复杂，背斜、向斜、断层等构造发育，主要充水水源为太原组上段灰岩岩溶裂隙承压含水层，该含水层富水性强、水压高，且太原组上段L(11)、L(10)、L8灰岩层位联通性好，在构造发育区域导水性、富水性强，注浆钻孔注浆量大。以煤层底板注浆钻孔数据为基础，分析了工作面水文地质条件、构造与注浆量的关系，为煤层底板注浆孔改造设计和施工提供技术支持。

关键词煤层底板注浆分层扩散注浆量注浆孔水害防治

陈四楼煤矿南翼深部采区二2煤层底板受褶皱、断层、裂隙等构造破坏严重，导致与太原组上段灰岩含水层产生水力联系，在采动影响下易造成工作面突水[1-3]。尤其是水压大于4 MPa、标高在-600 m 以下的深部区域，构造发育，岩浆岩零散分布，含水层富水性强，水文地质条件较复杂。该矿主要采取局部底板改造的方法防治工作面水害[4-5]。研究区工作面标高-765～-696 m，太原组上段灰岩水含水层静水压力5.80～6.49 MPa，主要充水水源为太原组上段灰岩岩溶裂隙承压含水层(L11、L10、L8)，裂隙发育，单位涌水量0.113～0.361 L/(s·m)，富水性强，分布不均。研究区工作面由宽缓的向斜、背斜构造组成，相间起伏，倾角1°～26°，近EW向，工作面内断层发育，共揭露50条断层(落差0.5～7.0 m)。为指导该矿煤层底板水害防治工作，有必要对煤层底板注浆分层扩散规律进行研究。

1煤层底板注浆数据

工作面施工注浆孔175个，累计进尺38 500 m，钻孔揭露太原组上段灰岩含水层347个出水点，累计消耗水泥量19 476.4 t。L8灰岩单点最大涌水量95 m3/h，单点平均注水泥114.5 t；L10灰岩溶隙含水层单点最大涌水量80 m3/h，单点平均注水泥124.7 t；L11灰岩单点最大涌水量80 m3/h，单点平均注水泥79.6 t。各层灰岩注浆孔的注浆量见表1。

基于Sufer软件分析了3层灰岩注浆量的分布情况，见图1。由图1可知：L11富水区主要集中于工

表1　3层灰岩注浆孔的注浆量

作面中部的背斜区域，在实际施工过程中，钻孔多次涌水，且涌水量较大，说明在该区域的L11、L10灰岩含水层联通性较好。L10、L8灰岩富水区有6处重合，且在富水区域钻孔出水次数大多在2次以上，说明L10、L8灰岩含水层段联通性较好，L8灰岩是L10灰岩层位的主要补给水源。在构造发育块段，3层灰岩联通性较好，因此作为底板加固的重点块段，在布置钻孔时应进行加密控制和效果验证。工作面外段向斜、中部背斜轴部及转折端、断层、裂隙发育区段钻孔涌水量及注浆量较大，单钻孔注浆量普遍较大。在该区域钻孔涌水量和注浆量比值为0.8～10的钻孔数量占钻孔总数的56%，该块段灰岩含水层富水性强。

2各含水层单点出水裂隙注浆量

涌水量小于10 m3/h充水裂隙的平均单孔注浆量为15.9 t，仅L8灰岩进行了注浆，其余2层灰岩未进行地面注浆，如表2所示。

涌水量10～20 m3/h充水裂隙的平均单孔注浆量139.8 t，最大注浆层位为L8灰岩，如表3所示。

涌水量20～30 m3/h充水裂隙的平均单孔注浆量239.6 t，该级别裂隙的最大注浆层位为L10灰岩，单孔注浆量高达357 t，如表4所示。

图1　注浆量分布(单位：m3/h)

含水层出水点/个总注浆量/t平均单孔注浆量/tL11000L10000L81012715.9

表3　涌水量10～20m3/h充水裂隙注浆量

表4　涌水量20～30 m3/h充水裂隙注浆量

涌水量30～40 m3/h充水裂隙的平均单孔注浆量157.7 t，该级别裂隙的最大注浆层位为L10灰岩，最大单孔注浆量达191 t，如表5所示。

表5　涌水量30～40 m3/h充水裂隙注浆量

涌水量40～50 m3/h充水裂隙的平均单孔注浆量145.3 t，L8灰岩在该级别裂隙的单孔注浆量高达258 t，如表6所示。

表6　涌水量40～50 m3/h充水裂隙注浆量

涌水量大于50 m3/h充水裂隙的单孔平均注浆量289.7 t，该级别裂隙的最大注浆层位为L10灰岩，单孔注浆量达728 t，如表7所示。

表7　涌水量大于50 m3/h充水裂隙耗浆规律

由表2～表7可知：L10灰岩占总注浆量的47.38%，平均单孔注浆量124.7 t；L8灰岩注浆量8 816 t，占总注浆量的45.26%，平均单孔注浆量114.5 t。可见，L10灰岩层位消耗水泥量最大，裂隙普遍发育，富水性强，L10灰岩为底板注浆孔改造的关键层位，因此，在构造复杂高承压水区域进行底板注浆孔改造时，将L8灰岩作为注浆改造终孔层位的同时须兼顾L10灰岩的注浆孔改造。

3结语

在分析陈四楼煤矿工作面煤层底板注浆数据的基础上，采用Sufer软件绘制了L11、L10、L83层灰岩注浆量分布图，并对各含水层单点出水裂隙的注浆量进行了详细讨论，对于该矿区煤层底板注浆孔的改造设计及井下水害防治有一定的参考价值。

参考文献

[1]种波凯，宋成义，张新建.陈四楼煤矿跨越老巷施工技术[J].现代矿业，2014(11)：51-52.

[2]曾秀荣，崔增骥，周庄芬.注浆技术经验汇编[M].北京：煤炭工业出版社，1988.

[3]冯有利.矿井深部采区高承压水综合治理技术研究[D].焦作：河南理工大学，2013.

[4]章至洁，韩宝平，张月华.水文地质学基础[M].徐州：中国矿业大学出版社，2004.

[5]黄德发.地层注浆堵水与加固施工技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

(收稿日期2015-12-01)

刘洲(1986—)，男，助理工程师，476600 河南省永城市陈四楼煤矿探防队。