劉 洲
(河南能源化工集團(tuán)永煤公司陳四樓煤礦)
?
陳四樓煤礦煤層底板注漿分層擴(kuò)散規(guī)律
劉洲
(河南能源化工集團(tuán)永煤公司陳四樓煤礦)
摘要陳四樓煤礦礦井南翼深部采區(qū)水文地質(zhì)條件較復(fù)雜,背斜、向斜、斷層等構(gòu)造發(fā)育,主要充水水源為太原組上段灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層,該含水層富水性強(qiáng)、水壓高,且太原組上段L(11)、L(10)、L8灰?guī)r層位聯(lián)通性好,在構(gòu)造發(fā)育區(qū)域?qū)?、富水性?qiáng),注漿鉆孔注漿量大。以煤層底板注漿鉆孔數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分析了工作面水文地質(zhì)條件、構(gòu)造與注漿量的關(guān)系,為煤層底板注漿孔改造設(shè)計(jì)和施工提供技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞煤層底板注漿分層擴(kuò)散注漿量注漿孔水害防治
陳四樓煤礦南翼深部采區(qū)二2煤層底板受褶皺、斷層、裂隙等構(gòu)造破壞嚴(yán)重,導(dǎo)致與太原組上段灰?guī)r含水層產(chǎn)生水力聯(lián)系,在采動(dòng)影響下易造成工作面突水[1-3]。尤其是水壓大于4 MPa、標(biāo)高在-600 m 以下的深部區(qū)域,構(gòu)造發(fā)育,巖漿巖零散分布,含水層富水性強(qiáng),水文地質(zhì)條件較復(fù)雜。該礦主要采取局部底板改造的方法防治工作面水害[4-5]。研究區(qū)工作面標(biāo)高-765~-696 m,太原組上段灰?guī)r水含水層靜水壓力5.80~6.49 MPa,主要充水水源為太原組上段灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層(L11、L10、L8),裂隙發(fā)育,單位涌水量0.113~0.361 L/(s·m),富水性強(qiáng),分布不均。研究區(qū)工作面由寬緩的向斜、背斜構(gòu)造組成,相間起伏,傾角1°~26°,近EW向,工作面內(nèi)斷層發(fā)育,共揭露50條斷層(落差0.5~7.0 m)。為指導(dǎo)該礦煤層底板水害防治工作,有必要對(duì)煤層底板注漿分層擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行研究。
1煤層底板注漿數(shù)據(jù)
工作面施工注漿孔175個(gè),累計(jì)進(jìn)尺38 500 m,鉆孔揭露太原組上段灰?guī)r含水層347個(gè)出水點(diǎn),累計(jì)消耗水泥量19 476.4 t。L8灰?guī)r單點(diǎn)最大涌水量95 m3/h,單點(diǎn)平均注水泥114.5 t;L10灰?guī)r溶隙含水層單點(diǎn)最大涌水量80 m3/h,單點(diǎn)平均注水泥124.7 t;L11灰?guī)r單點(diǎn)最大涌水量80 m3/h,單點(diǎn)平均注水泥79.6 t。各層灰?guī)r注漿孔的注漿量見(jiàn)表1。
基于Sufer軟件分析了3層灰?guī)r注漿量的分布情況,見(jiàn)圖1。由圖1可知:L11富水區(qū)主要集中于工
表1 3層灰?guī)r注漿孔的注漿量
作面中部的背斜區(qū)域,在實(shí)際施工過(guò)程中,鉆孔多次涌水,且涌水量較大,說(shuō)明在該區(qū)域的L11、L10灰?guī)r含水層聯(lián)通性較好。L10、L8灰?guī)r富水區(qū)有6處重合,且在富水區(qū)域鉆孔出水次數(shù)大多在2次以上,說(shuō)明L10、L8灰?guī)r含水層段聯(lián)通性較好,L8灰?guī)r是L10灰?guī)r層位的主要補(bǔ)給水源。在構(gòu)造發(fā)育塊段,3層灰?guī)r聯(lián)通性較好,因此作為底板加固的重點(diǎn)塊段,在布置鉆孔時(shí)應(yīng)進(jìn)行加密控制和效果驗(yàn)證。工作面外段向斜、中部背斜軸部及轉(zhuǎn)折端、斷層、裂隙發(fā)育區(qū)段鉆孔涌水量及注漿量較大,單鉆孔注漿量普遍較大。在該區(qū)域鉆孔涌水量和注漿量比值為0.8~10的鉆孔數(shù)量占鉆孔總數(shù)的56%,該塊段灰?guī)r含水層富水性強(qiáng)。
2各含水層單點(diǎn)出水裂隙注漿量
涌水量小于10 m3/h充水裂隙的平均單孔注漿量為15.9 t,僅L8灰?guī)r進(jìn)行了注漿,其余2層灰?guī)r未進(jìn)行地面注漿,如表2所示。
涌水量10~20 m3/h充水裂隙的平均單孔注漿量139.8 t,最大注漿層位為L(zhǎng)8灰?guī)r,如表3所示。
涌水量20~30 m3/h充水裂隙的平均單孔注漿量239.6 t,該級(jí)別裂隙的最大注漿層位為L(zhǎng)10灰?guī)r,單孔注漿量高達(dá)357 t,如表4所示。
圖1 注漿量分布(單位:m3/h)
含水層出水點(diǎn)/個(gè)總注漿量/t平均單孔注漿量/tL11000L10000L81012715.9
表3 涌水量10~20m3/h充水裂隙注漿量
表4 涌水量20~30 m3/h充水裂隙注漿量
涌水量30~40 m3/h充水裂隙的平均單孔注漿量157.7 t,該級(jí)別裂隙的最大注漿層位為L(zhǎng)10灰?guī)r,最大單孔注漿量達(dá)191 t,如表5所示。
表5 涌水量30~40 m3/h充水裂隙注漿量
涌水量40~50 m3/h充水裂隙的平均單孔注漿量145.3 t,L8灰?guī)r在該級(jí)別裂隙的單孔注漿量高達(dá)258 t,如表6所示。
表6 涌水量40~50 m3/h充水裂隙注漿量
涌水量大于50 m3/h充水裂隙的單孔平均注漿量289.7 t,該級(jí)別裂隙的最大注漿層位為L(zhǎng)10灰?guī)r,單孔注漿量達(dá)728 t,如表7所示。
表7 涌水量大于50 m3/h充水裂隙耗漿規(guī)律
由表2~表7可知:L10灰?guī)r占總注漿量的47.38%,平均單孔注漿量124.7 t;L8灰?guī)r注漿量8 816 t,占總注漿量的45.26%,平均單孔注漿量114.5 t。可見(jiàn),L10灰?guī)r層位消耗水泥量最大,裂隙普遍發(fā)育,富水性強(qiáng),L10灰?guī)r為底板注漿孔改造的關(guān)鍵層位,因此,在構(gòu)造復(fù)雜高承壓水區(qū)域進(jìn)行底板注漿孔改造時(shí),將L8灰?guī)r作為注漿改造終孔層位的同時(shí)須兼顧L10灰?guī)r的注漿孔改造。
3結(jié)語(yǔ)
在分析陳四樓煤礦工作面煤層底板注漿數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,采用Sufer軟件繪制了L11、L10、L83層灰?guī)r注漿量分布圖,并對(duì)各含水層單點(diǎn)出水裂隙的注漿量進(jìn)行了詳細(xì)討論,對(duì)于該礦區(qū)煤層底板注漿孔的改造設(shè)計(jì)及井下水害防治有一定的參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1]種波凱,宋成義,張新建.陳四樓煤礦跨越老巷施工技術(shù)[J].現(xiàn)代礦業(yè),2014(11):51-52.
[2]曾秀榮,崔增驥,周莊芬.注漿技術(shù)經(jīng)驗(yàn)匯編[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1988.
[3]馮有利.礦井深部采區(qū)高承壓水綜合治理技術(shù)研究[D].焦作:河南理工大學(xué),2013.
[4]章至潔,韓寶平,張?jiān)氯A.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2004.
[5]黃德發(fā).地層注漿堵水與加固施工技術(shù)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2003.
(收稿日期2015-12-01)
劉洲(1986—),男,助理工程師,476600 河南省永城市陳四樓煤礦探防隊(duì)。