精细探查与注浆效果动态监测在白庄煤矿工作面的应用

孔庆蒙，张仟仟

（1.山东能源肥城矿业集团，山东 肥城 271600；2.山东鼎安检测技术有限公司，山东 济南 250032）

1 概 况

白庄煤矿8103 工作面位于-430 m 水平8100采区北翼，工作面上覆7 煤层采空区，层间距30.7～33.4 m，工作面设计长度为100 m，推进长度290 m，回采标高-424.1～-438.0 m，煤层厚度平均1.9 m。工作面井下位于8105 工作面（已回采） 以东，BF63 断层以西148 m，FN6 断层以南65 m。工作面煤层整体呈背斜构造，背斜轴南翼走向72°～89°，倾向162°～179°，背斜轴北翼走向44°～76°，倾向314°～346°，工作面回采范围内煤层倾角1°～8°，平均4°，煤层顶板为四灰，凹凸不平，局部裂隙发育，局部存在“二合顶”。

2 水文地质条件与突出危险性评价

根据水文地质资料和矿井生产地质资料显示，白庄煤矿8103 工作面上覆7 煤层采空区，工作面开采8 煤层，位于四灰含水层以下，五灰含水层和奥灰含水层以上。

（1） 老空水。8103 工作面上覆7 煤层采空区，层间距30.7～33.4 m，西邻的8105 采空区，具备自然泄水条件，8103 工作面回采过程中不受老空水威胁。

（2） 四灰含水层。8103 工作面直接顶板岩层，厚3.8～6.6 m，平均4.7 m，顶部质不纯，含泥质，富水性中等，生产资料显示，8100 采区巷道及邻近工作面大面积揭露，其淋水已基本疏干，8103 工作面上、下两巷及切眼内均无四灰含水层淋水现象，8103 工作面回采不受四灰含水层威胁。

（3） 五灰含水层。五灰含水层距8103 工作面底板28.1～43.3 m，平均34.8 m，钻孔资料显示，五灰含水层厚1.6～9.5 m，平均厚5.6 m。工作面内钻孔单孔涌水量0～10 m3/h，平均涌水量0.9 m3/h，含水层水位在-196.4—-324.6 m，工作面回采范围内，五灰含水层岩溶发育不均一、富水性相对较弱，工作面回采过程五灰含水层最大涌水量预计20 m3/h，最大突水系数为0.096 MPa/m。

（4） 奥灰含水层。奥灰含水层厚800 m 左右，富水性强，岩溶裂隙及溶洞发育，钻孔资料显示，奥灰含水层与五灰含水层层间距为2.1～8.7 m，平均间距5.4 m，与工作面底板岩层层间距35.8～57.9 m，平均45.8 m，单孔涌水量0.5～100 m3/h，平均涌水量12.4 m3/h，奥灰最高水位+25.4 m，比五灰最高水位-196.4 m，高出221.8 m，五灰含水层、奥灰两含水层水力联系不密切，经计算奥灰含水层最大突水系数为0.139 MPa/m。

（5） 断层水害。根据《煤矿防治水细则》要求，工作面留设FN6 断层防水煤柱，该工作面不受断层水害威胁。

综上分析，白庄煤矿8103 工作面开采主要受底板奥灰含水层承压水威胁。

3 底板注浆防治与效果监测

3.1 底板注浆防治

根据工作面水文地质条件与突出危险性评价，白庄煤矿8103 工作面开采主要受底板奥灰承压水威胁。根据相关防治水规定要求，8103 工作面共设计施工奥灰注浆改造钻孔64 个进行水害防治，其中第一序次施工31 个，第二序次施工22 个，检查孔施工11 个，注浆孔均延伸至奥灰含水层段，单孔五灰水量0～10 m3/h，平均0.9 m3/h，单孔奥灰水量0.5～100 m3/h，平均12.4 m3/h。对五灰含水层和奥灰含水层进行联合注浆改造，共注水泥803.48 t、黏土96.63 t。

注浆材料采用比重为1.12～1.18 粘土浆液加水泥，制成比重为1.20～1.30 的粘土水泥浆，采用连续换挡注浆方式，第一档注浆流量106 L/min，孔口压力达到8.0 MPa 时，换用第二档注浆，流量为60 L/min，孔口压力达到8.5 MPa 时结束注浆，注浆采用的注浆管路耐压值不小于9 MPa，耐压持续时间不小于30 min。

根据注浆钻孔实际揭露，注浆后8103 工作面距奥灰含水层实际防水厚度91.0～120.5 m，平均厚度为99.9 m。8103 工作面采取奥灰含水层疏水降压措施，放水量为30 m3/h，据此计算奥灰最大突水系数为0.057 MPa/m，符合《煤矿防治水规定》要求。

3.2 底板注浆效果监测

采用电磁探测技术对8103 工作面底板注浆效果进行监测。在8103 工作面轨道巷内分别设计了奥20 孔、奥31 孔、奥44 孔和奥60 孔探测钻孔，如图1 所示。

图1 探测钻孔布置Fig.1 Probe borehole

奥31 孔与奥20 孔之间电阻率CT 成图如图2所示。图中出现两处高阻区，一处位于奥20 孔中部，一处位于奥31 孔深处。根据钻孔地层资料可知，奥20 孔高阻区位于五灰含水层，经过注浆治理后，五灰含水层周围裂隙被注浆封堵，导致五灰地层周围富水性降低，因此五灰地层呈现高阻区，说明该孔的注浆效果好。五灰和奥灰地层处都呈现高阻，说明五灰和奥灰含水层之间没有水力联系，奥31 深部高阻区对应奥陶系灰岩地层，同理可知，奥灰地层经过注浆处理后，该孔的奥灰地层不富水。

图2 奥31 与奥20 之间的CT 透视图Fig.2 CT fluoroscopy between No.31 and No.20

工作面切眼巷道位于图3 中横坐标190 m 处左右，切眼巷道贯通后，切眼巷道周围底板应力重新分布，导致切眼巷道周围应力增大，底板岩层由于受到应力增大的影响，将岩层裂隙中的水压缩出来，水向应力减小的方向运移，导致图3 中奥31孔横向坐标0～10 m 处显现低阻区。

图3 奥60 与奥31 之间CT 透视图Fig.3 CT fluoroscopy between No.60 and No.31

奥60 孔与奥31 孔之间的CT 成像图如图4 所示。从图中可以看出，奥31 孔深部的奥灰地层处呈现高阻区，说明奥31 孔中奥灰地层注浆效果好；地层电阻分布趋势与底板应力分布趋势一致，说明矿山压力影响底板岩层中水的分布。

图4 奥60 与奥20 之间CT 透视图Fig.4 CT fluoroscopy between No.60 and No.20

4 结 语

深部煤炭资源开采面临着高承压水的威胁。通过分析白庄煤矿8103 工作面周围老空水、四灰含水层、五灰含水层、奥灰含水层以及断层水害对其开采的影响，表明白庄煤矿8103 工作面开采主要受底板奥灰承压水威胁。采用注浆和奥灰含水层疏水降压方式防治后，进行了注浆防治效果的电磁探测，结果显示注浆效果良好，保证了白庄煤矿8103 工作面安全开采。