澄合礦區安陽煤礦1508工作面K2灰巖治理成效研究

王峰

摘要：澄合礦區東部安陽煤礦工作人員在開采5號煤層時發現底板K2灰巖含水層存在水害隱患，需采取必要的手段和技術進行防治。通過含水層提前疏放與封堵相結合的方法，對1508工作面K2灰巖進行了治理。治理效果顯示，經過注漿加固改造后，改造前物探結果中顯示的大范圍成段出現的異常區變成了零星分布的小范圍異常區，實際回采中礦井涌水水源僅為頂板砂巖水，無底板灰巖水，證實本次防治水手段取得了良好的效果。

關鍵詞：K2灰巖;底板;注漿加固;治理效果

中圖分類號：TD745

文獻標識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.11.040

1 引言

煤層底板灰巖承壓含水層一直是礦井防治水工作中的重點對象之一[1-3]，含水層的提前疏放和注漿改造的結合可以取得良好的效果[4-6]。目前在開采澄合礦區東部安陽煤礦5號煤層時，由于距離底板K2灰巖較近，煤層回采時，受底板采動破壞的影響，可能導致灰巖水沿底板破壞裂隙涌入采場，造成水害事故。

本文通過對安陽煤礦1508工作面的帷幕注漿加固，對比分析了加固前后的煤層底板水文地質條件的差異，研究成果為煤礦安全回采提供了可靠依據。

2 工程布置

1508工作面位于安陽煤礦一采區中部，煤層底板標高+312 - +340 m.1508工作面走向長度為1 757.66 m，傾斜長度為150 m，平均煤厚4.5 m，工作面受控于波狀起伏的單斜構造，由西向東煤層高程逐漸降低。5號煤層底板距K2含水層僅有16 m左右，距離底部奧陶系灰巖含水層僅30 m。根據地面物探結果顯示（瞬變電磁），該面的中段存在兩處富水異常區，為保證安全生產，礦方在掘進時有針對性地對這兩處異常區進行了井下鉆探驗證，結果顯示，一孔干燥未涌水，另一孔在揭露K2灰巖時出水，但水量僅為8 m³/h左右，這也說明了研究區底板含水層富水性的不均一性。

總體來說，煤層底板K2灰巖含水層是開采5號煤層時的直接充水含水層，奧灰含水層是間接充水含水層。根據工作面實際水文地質條件和物探探查結果，本次研究采用了注漿加固和探查疏排相結合的方法對1508工作面底板K2灰巖含水層進行了綜合治理。

為了確保本次工作的有效性，在井下鉆進至穩定的厚層底板巖層時，必須保證套管安裝的合理性，例如各個級別套管的深度、下放套管的時間、水泥固管和孔口管深度等，此外還必須考慮到主采煤層采動后底板破壞深度、底板隔水層的厚度和承壓強度等因素。

本次注漿加固過程持續時間長，注漿次數多，在前期注漿加固時，應首先在K2灰巖的物探探測富水異常區或與底部的奧陶系灰巖含水層發生水力聯系的區域進行，在布置注漿鉆孔時，應按照以下原則和步驟進行：①針對存在奧陶系灰巖含水層補給的區域進行井下鉆孔設置，由于受煤層采動影響，因此選擇注漿加固的深度為25 m左右，一般在揭露硬質砂巖時結束，該工作主要為切斷奧陶系灰巖水服務;②前期注漿結束后，靜置一個月，保證漿液的凝固強度，然后用物探手段進行復查，在探查結果中再次對異常點（區段）進行施工注漿孔，同時對未達到預期效果的區域進行補充或重新注漿;③井下疏放鉆孔疏放的時間應該根據該工作面的采掘規劃而定，為保證疏放效果，本次工作增加了疏放時間，并在回采和疏放過程中對礦井工作面的涌水量進行了實時監測，分析其變化特征。

按照以上原則和步驟，1508工作面共計施工底板注漿加固鉆場21個，鉆孔47個，累計鉆進2 845.1 m，注漿量為7 668 m³。

3 治理成效分析

3.1 物探結果對比

本次工作中在底板注漿前后分別對1508工作面進行了井下物探（直流電法）探測，探測區段主要為主采煤層底板下的0-40m。注漿前探測結果顯示，該工作面存在3個異常區（段），且各個異常區相互連通，初步判定該工作面存在垂直導水通道，可能導通了K2灰巖和下部的奧陶系灰巖含水層，且富水性強，如圖1 （a）所示。

注漿后探測結果顯示，前期分布的三個連通的大片異常區已不存在，呈現出零星分布的小區段異常，個別區段顯示為高異常。顯然，該結果說明了本次注漿加固改造的良好效果，如圖l（b）所示。

3.2 實際推采驗證

根據前期物探結果，本次在三個異常區內布置了K2灰巖含水層疏放孔，施工深度均超過了15 m，三個異常區的疏放水量在前期分別是15 m³/h、9 m³/h和8 m³/h，而在注漿加固的后期又分別逐漸減至11 m³/h、7 m³/h、6m³/h。

回采至439.12 m時工作面涌水量為35 m³/h左右，通過水文地球化學檢測方法得出，涌水水質化驗類型為HC03-- S042_Na+.Ca2+型，礦化度為0.776 mg/L，通過與區域水文地質資料比對發現，該類型水位典型的頂板砂巖裂隙水，非底板灰巖水。

此外，通過實際回采監測和臨近井田的涌（突）水特征資料，1508工作面臨近的1505工作面涌水具有明顯的“臭雞蛋”（硫化氫）的氣味，但是1505工作面涌水并未發現該類現象，因此綜合分析認為，1505工作面的充水水源為煤層頂部的K中、K5砂巖裂隙水。

1505工作面推采至工作面末端時，受采動影響7號疏放孔內出現了塌孔，最后鉆孔涌水量減至1 m³/h左右，巷道底板有少量滲水，工作面最終涌水量穩定在25 m3/h左右，且直至回采結束該區域未出現底板涌水。

根據以上施工前后的對比結果表明，1505工作面主采煤層底板K2灰巖主要以靜儲量為主，正常情況與下部奧陶系灰巖含水層聯系不大;在不受強烈采動影響條件下，通過提前疏排措施是可以實現安全回采的;通過實施底板注漿加固工程，較好地改造了主采煤層隔水層的補給通道和徑流條件，在一定程度上阻斷了奧陶系灰巖與K2灰巖的水力聯系，為后期治理底板水害提供疏降條件?？傮w來說，井田內K2灰巖水靜儲量相對較小，但是物探結果顯示煤層底板巖層垂直裂隙極為發育，存在與奧灰巖溶含水層的水力聯系，這種較為明顯的水文特征是該礦區后期治理水害需重點防范的內容之一。

4 結論

通過采取疏放與封堵相結合的方法，對1508工作面K2灰巖進行了治理。治理效果顯示，經過注漿加固改造后，前期物探結果中的大片連通的異常區被隔離為零星分布的小范圍異常區;經過注漿加固改造后，實際回采中礦井涌水水源為頂板砂巖水，無底板灰巖水;含水層的提前疏放和底板注漿加固改造取得了良好的效果。

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