肥城礦區(qū)奧灰頂部注漿改造技術(shù)

馬金偉,肖　猛

（肥城礦業(yè)集團有限責任公司,山東　肥城　271608）

肥城礦區(qū)奧灰頂部注漿改造技術(shù)

馬金偉,肖猛

（肥城礦業(yè)集團有限責任公司,山東肥城271608）

摘要：近年來，隨著肥城礦區(qū)煤炭資源開采的縱深化發(fā)展，在傳承肥城礦區(qū)薄層灰?guī)r注漿改造技術(shù)基礎(chǔ)上，重點針對深部“雙高”（高水壓、高礦壓）條件下，直接受奧灰水威脅的實際，開展了了奧灰頂部注漿改造條件、可行性、工藝等技術(shù)研究，取得了顯著成效，該技術(shù)為防止奧灰突水的有效“治本”措施。

關(guān)鍵詞：奧灰頂部；注漿改造；技術(shù)

1　奧灰頂部注漿改造技術(shù)的提出

華北型煤田下組煤距高壓富水徐、奧灰含水層近，無法單純依靠底板阻水巖層阻隔高壓突涌水的發(fā)生，如肥城礦區(qū)歷史上曾發(fā)生各類突水297次，損失巨大。肥城煤田6對生產(chǎn)礦井水文地質(zhì)條件分類均為復(fù)雜型，隨著開采深度的不斷增加，奧灰突水系數(shù)已超過臨界值，受巨厚高壓奧灰?guī)r溶水害威脅程度越來越大,目前，各礦接續(xù)水平標高在-430～-550m，受奧灰水威脅嚴重。肥城礦區(qū)奧灰頂部注漿改造技術(shù)是在礦區(qū)深部嚴重受奧灰水威脅情況下，在薄層灰?guī)r注漿改造技術(shù)基礎(chǔ)上提出的。

2　奧灰頂部注漿改造技術(shù)的可行性分析

奧灰頂部主要指中奧陶峰峰組上段，根據(jù)奧灰鉆孔揭露資料，奧灰頂部不同層段富水性差異較大。大量實際揭露資料證明：奧灰并不是傳統(tǒng)認為的一個含水層，而是具有層控性、構(gòu)控性、韻律性等特征的多層段含水層，各含水層段具有相對獨立性和相互聯(lián)系性。如對某工作面奧灰頂部放水量20m3/h，進行疏水降壓試驗，觀測奧灰頂部水位下降65m，也證明了奧灰頂部具有層段性。

根據(jù)井上下鉆探資料，將奧灰頂部劃分為三段：奧灰頂部上段（0～20m）相對弱含水層段，其中 0～10m范圍一般不富水，為相對隔水層段，形成了奧灰頂部注漿改造所需的“壓蓋層”；奧灰頂部中段（20～40m）相對強含水層段，為奧灰頂部注漿改造最佳目的層段；奧灰頂部下段（40～150m）范圍相對弱含水層段，為奧灰頂部注漿改造 “基底層”。

奧灰頂部具備類似于徐灰含水層注漿改造的良好地質(zhì)環(huán)境條件，肥城礦區(qū)又有薄層灰?guī)r注漿、鉆探技術(shù)基礎(chǔ)，奧灰頂部注漿改造技術(shù)是可行的。

3　奧灰頂部注漿改造適用的條件和作用

3.1適用條件

在肥城礦區(qū)—般具備下列條件之一的可采用奧灰頂部注漿改造技術(shù)：（1）在復(fù)雜地段，工作面奧灰突水系數(shù)超過0.06MPa/m，正常地段超過0.1MPa/m；（2）工作面奧灰突水系數(shù)雖不超過規(guī)定，但處于富水區(qū)及強逕流帶內(nèi)，綜合分析有奧灰突水危險的。

3.2奧灰頂部注漿改造的作用

（1）鉆孔首先對薄層徐灰進行注漿改造，將其改造成為阻抗奧灰突水的“中堅層”，并膠結(jié)強化煤層底板隔水層。

（2）將奧灰頂部改造成隔水層或弱含水層，并在徐灰和奧灰頂部雙向注漿壓力作用下，進一步改造加固徐奧灰之間隔水層，形成奧灰頂部阻水“蓋層”，阻抗奧灰突水。因此，能起到改造、封源和加固的作用，是防止礦區(qū)深部奧灰突水的有效“治本”措施。

4　注漿孔的布設(shè)及結(jié)構(gòu)

4.1注漿孔的設(shè)計原則

（1）按漿液擴散半徑布設(shè)，力求使?jié){液在整個工作面或需改造范圍內(nèi)的覆蓋率達到100%以上。一般注漿擴散半徑按15m～20m。

（2）奧灰頂部注漿改造深度可根據(jù)奧灰突水系數(shù)不超過規(guī)定計算確定，一般按鉆入奧灰40～60m設(shè)計。鉆孔設(shè)計為斜孔。

（3）鉆孔設(shè)計方向盡量和斷裂構(gòu)造的發(fā)育方向垂交或斜交，以盡可能多穿過裂隙。

（4）物探確定了的富水異常區(qū)、裂隙發(fā)育地帶，斷層的交叉、尖滅端、工作面初壓地段、集中壓力區(qū)、褶曲構(gòu)造的軸部等作為布孔的重點。

4.2注漿孔的結(jié)構(gòu)與施工

注漿孔的終孔孔徑不小于73mm，一般鉆孔下三級套管，一級套管底口距煤層底板法線距離不小于5m作為孔口管，二級套管下至徐灰頂板，主要為徐灰注漿改造服務(wù)，三級管下至奧灰3m,主要目的隔離徐灰、奧灰頂部風化破碎帶和耐高壓注漿。

鉆孔一般在軌中巷、回風巷施工，每隔60m～100m左右施工一個鉆機硐室，每個硐室施工1～4個注漿鉆孔，分序次施工。

5　注漿工藝

5.1注漿改造材料

使用粘土水泥漿液，粘土水泥漿液主要由粘土、水泥、添加劑和水組成。

5.2注漿改造工藝

5.2.1注漿系統(tǒng)

注漿系統(tǒng)由漿液造漿和過濾系統(tǒng)、漿液輸送系統(tǒng)、自動跟蹤控制系統(tǒng)和灌注系統(tǒng)四個部分組成。

5.2.2注漿工藝

（1）注漿方式與段高的確定：一般單孔采用全段連續(xù)注漿，各孔分次序施工灌注，發(fā)現(xiàn)井下跑漿時可間歇注漿。

（2）泵量與泵壓：泵量根據(jù)含水層壓水試驗確定。正常情況下，進漿暢通，采用全泵量大流量灌注；裂隙發(fā)育較差，進漿阻力大，采用中泵量；達到接近終壓時用小泵量。

（3）注漿參數(shù)及單孔注漿結(jié)束的標準：單液水泥漿的水灰比為0.8：1～2：1；粘土水泥漿中粘土漿的比重一般為1.12～1.18，每立方米粘土水泥漿中水泥摻入量為0.1～0.4t。

5.3注漿效果檢查與評價

（1）鉆探法：-300m以淺檢查孔水量不大于20m3/h；-300m以深檢查孔水量不大于10m3/h。

（2）物探對比法：通過對工作面注漿改造前后物探資料對比分析，確定工作面物探富水異常區(qū)明顯改變或消失。

（3）經(jīng)驗比擬法：根據(jù)相類似工作面注漿改造后安全開采情況，對鉆孔密度、單位鉆孔涌水量注干料質(zhì)量等主要參數(shù)進行類比評價，一般噸水注干料量大于1噸。

根據(jù)以上三個方法，綜合評價工作面注漿改造質(zhì)量，對不合格的工作面一律補充注漿改造工程，做到“治不好不采”。

6　奧灰頂部注漿改造應(yīng)用情況

經(jīng)對5對礦井31個工作面實施了奧灰頂部注漿改造，安全采出受水威脅煤量171.6萬噸，礦區(qū)連續(xù)11年杜絕了工作面奧灰突水事故。

7　結(jié)論

（1）奧灰頂部0～20m弱含水層段為注漿改造所需的“壓蓋層”；20～40m相對強含水層段，是最佳注漿層段；40～150m弱含水層段，為注漿改造“基底層”。奧灰頂部具備注漿改造的良好地質(zhì)環(huán)境條件，注漿改造技術(shù)是可行的。

（2）奧灰頂部注漿改造的作用為：首先將徐灰改造成為阻抗奧灰突水的“中堅層”；最終將奧灰頂部改造成阻抗奧灰突水的“蓋層”。實踐證明：該技術(shù)是防止礦區(qū)深部奧灰突水的有效“治本”措施。

作者簡介：馬金偉（1966—），男，畢業(yè)于佛山煤田地質(zhì)學院礦井地質(zhì)專業(yè)，從事煤礦地測工作。