孟津煤矿奥灰含水层注浆改造技术分析研究

刘佳

【摘要】孟津煤矿二1煤層底板太原组薄层灰岩富水性差，且与奥灰强含水层水力联系较弱，不宜作为底板注浆改造目的层。改造含水层只有选择奥灰含水层。奥灰含水层为矿区主要威胁含水层，奥灰厚度达150m以上，水压为5.4MPa。

【关键词】奥陶系灰岩含水层 水压 注浆改造

一、概况

12011工作面地面标高+412～+438m；工作面标高-255～-320m，顺槽方位327°，12011工作面轨道及胶带顺槽底板以下约10m施工有两条底板抽放巷，底抽巷巷下距奥灰含水层顶界面平均65m，工作面底抽巷标高：-272m～-316m，奥灰水位+210m左右，底抽巷验证钻孔实测最高水压5.4MPa。

二、钻探施工概况

12011工作面钻探工程共施工钻孔119个，钻探总工程量15766.5m，扫孔总工程量13359m，完成注浆量12442.3t。

三、地面注浆系统

孟津矿建有地面注浆站，注浆管路采用ф68mm×10mm的钢管，搅拌好的浆液由注浆站经立井井筒、大巷送至各钻场。到12011底抽巷有4趟管路，于12011底抽巷回风口分成5趟，以满足注浆要求。

四、注浆工艺

本工程钻孔采用了地面粘土水泥混合浆注浆系统进行注浆，注浆流程为：钻孔放水冲孔→地面向钻孔压水→地面调制浆液→地面注浆泵→注浆管→钻孔→含水层→达到终压条件。

五、钻探区水文资料分析

（一）水压分析

12011工作面底板注浆改造施工的119个钻孔，7个钻孔未测到水压，112个出水钻孔实际测定水压在2.5MPa～5.8MPa之间。12011工作面底板奥灰水压较大区域主要分布在12011工作面切眼向外50m～270m和440m～520m范围内。本工作可靠水压应为5.0-5.5MPa，平均水压应为5.17MPa。

（二）水温分析

钻探施工的119个钻孔中，出水钻孔112个，出水钻孔水温在25℃-36.5℃，其中：未测到水温的钻孔7个，12011工作面底板奥灰水温较大钻孔分布在12011工作面切眼向外60m-260m、440m-520m区域内，工作面可靠水温应为29-35℃。

（三）水量分析

奥灰水出水量分析。钻探施工的119个钻孔中，奥灰水单孔涌水量在0-256m3/h之间。其中，干孔7个，占总孔数的5.8%，出水钻孔112个，占总钻孔数的94.1%，钻孔总涌水量：2647.38m3/h，平均单孔出水量22.25m3/h。12011工作面主要富水区域为切眼180m范围内及切眼外350-560m范围内。其中，以切眼外350-560m范围内富水较强。

（四）底板隔水层厚度分析

根据12011工作面钻探及水压测定资料，二1煤层底板距奥灰原始隔水层厚度平均65m，测得水压4.0—5.8Mpa。12011工作面底板改造工程，在平面上钻孔终孔落在胶带、轨道顺槽两侧各20m范围内的钻孔，在剖面上终孔位置进入奥灰顶界面下垂距50m；其他区域钻孔终孔位置进入奥灰顶界面以下垂距30m。经过加固的底板岩石可视为有效隔水层厚度。

工作面底板巷区段，按复杂地段计算安全隔水层（即注浆改造）厚度：（取P=5.8MPa，Ts=0.06）

M=P/Ts =5.8÷0.06=97m

其他区域按正常地段计算安全隔水层（即注浆改造）厚度：（取P=5.8MPa，Ts=0.1）

M=P/Ts =5.8÷0.1=58m

根据计算，底板巷下58-97m的完整岩层可以起到安全隔水的作用。

（五）突水系数分析

根据施工取芯孔探查资料，底抽巷距离奥灰顶界面垂距38-58.1m，平均49m；工作面实测平均水压5.17Mpa。经换算，12011工作面底抽巷注浆改造前突水系数为0.09-0.13，平均突水系数0.1，；12011工作面注浆改造厚度距离底抽巷垂距87.4-130.5m，经注浆改造后，改造隔水层突水系数0.025-0.061，突水系数大于0.6钻孔2个，均为工作面镶边钻孔，对工作面回采危险不大，

六、结论

（1）12011工作面共完成注浆钻孔119个，其中检查钻孔9个，完成钻探进尺15734.5m，完成扫孔工程量13359m，完成注浆量12442.3t。完成了设计要求工程量。

（2）L1-3到L4之间的砂岩含水层富水性弱，发育不均匀；奥灰含水层富水性强，发育不均匀；钻探区内均未发现明显奥灰水导升现象。

（3）经现场测定，12011工作奥灰水可靠测定水压应为5.0 -

5.5MPa，平均5.17 MPa，可靠测定水温应为29-35℃。

（4）经钻孔取芯验证，12011工作面底抽巷至奥灰顶界面垂距38-58.1m，平均49m。改造前突水系数为0.09-0.13，注浆改造厚度距离底抽巷垂距87.4-130.5m，经注浆改造后，改造隔水层突水系数0.025-0.061，突水系数大于0.6钻孔2个，均为工作面镶边钻孔，对工作面回采威胁不大，工作面回采临界突水系数小于《煤矿防治水规定》要求。

（5）完成注浆量12442.3t，单孔最大注浆量1549.7吨，平均单孔注浆104.5吨，总注浆：总出水涌水量=4.7：1，各钻孔注浆质量符合规程或设计要求。

（6）12011工作面前期施工钻孔11个，本次注浆改造施工钻孔119个，合计130个钻孔；注浆改造控制面积0.095Km2，钻孔分布密度为1368.4个/ Km2，万吨煤钻孔数为3.1个/万吨，万吨煤进尺数为375.5m/万吨，单位注浆量为0.11t/m2。

（7）经施工检查钻孔和物探验证，12011工作面整体注浆改造效果明显，工程量和工程质量达到预期效果，可以安全回采。