肥城礦區奧灰頂部注漿改造技術

馬金偉,肖　猛

（肥城礦業集團有限責任公司,山東　肥城　271608）

肥城礦區奧灰頂部注漿改造技術

馬金偉,肖猛

（肥城礦業集團有限責任公司,山東肥城271608）

摘要：近年來，隨著肥城礦區煤炭資源開采的縱深化發展，在傳承肥城礦區薄層灰巖注漿改造技術基礎上，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、工藝等技術研究，取得了顯著成效，該技術為防止奧灰突水的有效“治本”措施。

關鍵詞：奧灰頂部；注漿改造；技術

1　奧灰頂部注漿改造技術的提出

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生，如肥城礦區歷史上曾發生各類突水297次，損失巨大。肥城煤田6對生產礦井水文地質條件分類均為復雜型，隨著開采深度的不斷增加，奧灰突水系數已超過臨界值，受巨厚高壓奧灰巖溶水害威脅程度越來越大,目前，各礦接續水平標高在-430～-550m，受奧灰水威脅嚴重。肥城礦區奧灰頂部注漿改造技術是在礦區深部嚴重受奧灰水威脅情況下，在薄層灰巖注漿改造技術基礎上提出的。

2　奧灰頂部注漿改造技術的可行性分析

奧灰頂部主要指中奧陶峰峰組上段，根據奧灰鉆孔揭露資料，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：奧灰并不是傳統認為的一個含水層，而是具有層控性、構控性、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環境條件，肥城礦區又有薄層灰巖注漿、鉆探技術基礎，奧灰頂部注漿改造技術是可行的。

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—般具備下列條件之一的可采用奧灰頂部注漿改造技術：（1）在復雜地段，工作面奧灰突水系數超過0.06MPa/m，正常地段超過0.1MPa/m；（2）工作面奧灰突水系數雖不超過規定，但處于富水區及強逕流帶內，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，是防止礦區深部奧灰突水的有效“治本”措施。

4　注漿孔的布設及結構

4.1注漿孔的設計原則

（1）按漿液擴散半徑布設，力求使漿液在整個工作面或需改造范圍內的覆蓋率達到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奧灰突水系數不超過規定計算確定，一般按鉆入奧灰40～60m設計。鉆孔設計為斜孔。

（3）鉆孔設計方向盡量和斷裂構造的發育方向垂交或斜交，以盡可能多穿過裂隙。

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

4.2注漿孔的結構與施工

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，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

注漿系統由漿液造漿和過濾系統、漿液輸送系統、自動跟蹤控制系統和灌注系統四個部分組成。

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注漿，各孔分次序施工灌注，發現井下跑漿時可間歇注漿。

（2）泵量與泵壓：泵量根據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）注漿參數及單孔注漿結束的標準：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明顯改變或消失。

（3）經驗比擬法：根據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量等主要參數進行類比評價，一般噸水注干料量大于1噸。

根據以上三個方法，綜合評價工作面注漿改造質量，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用情況

經對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，礦區連續11年杜絕了工作面奧灰突水事故。

7　結論

（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環境條件，注漿改造技術是可行的。

（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：該技術是防止礦區深部奧灰突水的有效“治本”措施。

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