奧陶系灰?guī)r含水層注漿改造可行性研究與應(yīng)用

馮兆安,,

（肥城白莊煤礦有限公司,山東 肥城 271623）

奧陶系灰?guī)r含水層注漿改造可行性研究與應(yīng)用

馮兆安,馮吉耀,趙建忠

（肥城白莊煤礦有限公司,山東 肥城 271623）

通過對奧陶系灰?guī)r含水層突水機理、突水規(guī)律、巖石成份微觀分析及礦壓水壓綜合作用下水動態(tài)變化規(guī)律的綜合研究，提出了對奧陶系灰?guī)r含水層頂部50m含水層段進行注漿改造的治水思路，并將其付諸實踐，取得了很好的治理效果，確保了太原組煤層的安全開采。

奧陶系灰?guī)r；注漿改造；鉆孔探查

1 概述

華北型煤田開采過程中，受底部奧陶系灰?guī)r含水層高承壓水的嚴(yán)重威脅，歷史上曾發(fā)生多次奧灰含水層突水事故，給國家和人民生命財產(chǎn)造成重大損失。近年來，隨著開采深度的不斷延深，威脅日益嚴(yán)重，已嚴(yán)重制約了開采華北型煤田礦山企業(yè)的健康發(fā)展。如何對奧灰含水層進行有效治理，防范太原組煤層開采中的突水事故，已成為一個迫在眉睫的技術(shù)難題。

肥城礦區(qū)是全國有名的大水礦區(qū)，近年來，通過對奧陶系灰?guī)r含水層突水機理、突水規(guī)律、巖石成份微觀分析及礦壓水壓綜合作用下水動態(tài)變化規(guī)律的綜合研究，提出了對奧陶系灰?guī)r含水層頂部50m含水層段進行注漿改造的治水思路，并將其付諸實踐，取得了很好的治理效果，確保了太原組煤層的安全開采。

2 奧陶系灰?guī)r含水層富水規(guī)律研究分析

奧灰含水層位于煤系地層底盤，厚810m左右，在肥城煤田內(nèi)埋藏較深，在煤田外圍的南部山區(qū)大面積出露，面積約260km2，直接接受大氣降水的補給，補給量約2.8萬m3/h，是煤系各含水層的主要補給水源。直接威脅著太原組煤層的安全開采。

通過鉆孔探查，室內(nèi)巖芯巖樣鑒定，對奧灰?guī)r層的結(jié)構(gòu)、含水特征、成巖及礦物組合特征等分析研究?？紤]沉積特征，將奧灰自下向上劃分為4組8段。其中亮甲山—冶里組2段，厚73.93m；下馬家溝組3段，厚377.04m；上馬家溝組2段，厚156.09m；峰峰組2段，厚203.94m。峰峰組上段厚154.68m，其中上部32.81m為較弱含水層的溶蝕風(fēng)化充填帶，下部92.2m為硅質(zhì)泥質(zhì)白云巖夾白云質(zhì)泥巖，富水性弱，可視為相對隔水層；中部29.67m富水性較強。

3 奧灰注漿改造鉆孔設(shè)計和布孔原則

3.1 鉆孔結(jié)構(gòu)，奧灰注漿鉆孔采用三級套管結(jié)構(gòu)

其中: 一級孔口管為Φ127mm，長5m；二級套管Φ108mm，一般在35m～55m，主要是隔離開主要開采煤層；三級套管Φ89mm，長度一般在75m～90m，要下到奧灰頂部本溪組粘土巖中，主要是隔離徐家莊灰?guī)r與奧陶系灰?guī)r兩個含水層，防止人為連通兩個主要含水層。

3.2 鉆孔布孔原則

奧陶系灰?guī)r注漿鉆孔一般布置在8煤、9煤和10Ⅱ煤巷道內(nèi)，鉆孔多選擇在工作面的上下順槽及切眼中，成組布設(shè)，扇形布置，工作面形成后，要先對工作面底部進行電法勘探，找出突水和構(gòu)造薄弱區(qū)域。根據(jù)物探資料和現(xiàn)場分析情況，編制工作面《奧陶系灰?guī)r注漿改造設(shè)計》。

4 奧陶系灰?guī)r含水層注漿改造參數(shù)確定

工作面注漿改造時利用地面注漿站造漿，采用NBB-260/7型泥漿泵壓漿，通過Φ73mm送漿孔及直徑60mm送漿管送至井下工作面各鉆孔。注漿前先對注漿管路做耐壓試驗，管路耐壓不低于8.5MPa，持續(xù)時間不少于30分鐘。管路打壓合格后，先壓清水20分鐘，再開始注漿。各鉆孔嚴(yán)格按施工、按序次注漿，采取連續(xù)注漿方式，粘土漿比重為1.12～1.18，粘土水泥漿比重為1.22～1.38。泵量一般先用泵量106L/min，當(dāng)孔口壓力升到8.5MPa時，換用泵量80L/min注漿，直至孔口壓力達到8.5MPa時方可終止注漿，進行封孔。

5 效果評價

白莊煤礦先后對8109、8802、8804、8806、8807、8107等六個工作面實施了奧灰頂部注漿改造技術(shù)。共施工奧灰注漿鉆孔252個，總工程量35280m，注水泥13000t，粘土28000t，解放受水威脅儲量240萬t，現(xiàn)已安全采出受奧灰水威脅煤炭200萬t。

為確保奧灰頂部注漿效果，防止?jié){液沿奧灰主要含水裂隙不斷流失，降低注漿成本，控制漿液擴散范圍，在工作面進行奧灰注漿改造前，先在運中或出口施工1～2個奧灰放水孔，先期作為打鉆供水水源孔，注漿時，作為漿液引流鉆孔，人為控制漿液流向，在確保注漿改造注漿效果基礎(chǔ)上，努力降低注漿成本。

[1]桑紅星,王則才著.《肥城礦區(qū)巖溶水害防治實用技術(shù)及突水案例》[Z].

[2]王則才著.《肥城煤田奧灰?guī)r溶水害防治技術(shù)》[Z].