精細探查與注漿效果動態監測在白莊煤礦工作面的應用

孔慶蒙，張仟仟

（1.山東能源肥城礦業集團，山東 肥城 271600；2.山東鼎安檢測技術有限公司，山東 濟南 250032）

1 概 況

白莊煤礦8103 工作面位于-430 m 水平8100采區北翼，工作面上覆7 煤層采空區，層間距30.7～33.4 m，工作面設計長度為100 m，推進長度290 m，回采標高-424.1～-438.0 m，煤層厚度平均1.9 m。工作面井下位于8105 工作面（已回采） 以東，BF63 斷層以西148 m，FN6 斷層以南65 m。工作面煤層整體呈背斜構造，背斜軸南翼走向72°～89°，傾向162°～179°，背斜軸北翼走向44°～76°，傾向314°～346°，工作面回采范圍內煤層傾角1°～8°，平均4°，煤層頂板為四灰，凹凸不平，局部裂隙發育，局部存在“二合頂”。

2 水文地質條件與突出危險性評價

根據水文地質資料和礦井生產地質資料顯示，白莊煤礦8103 工作面上覆7 煤層采空區，工作面開采8 煤層，位于四灰含水層以下，五灰含水層和奧灰含水層以上。

（1） 老空水。8103 工作面上覆7 煤層采空區，層間距30.7～33.4 m，西鄰的8105 采空區，具備自然泄水條件，8103 工作面回采過程中不受老空水威脅。

（2） 四灰含水層。8103 工作面直接頂板巖層，厚3.8～6.6 m，平均4.7 m，頂部質不純，含泥質，富水性中等，生產資料顯示，8100 采區巷道及鄰近工作面大面積揭露，其淋水已基本疏干，8103 工作面上、下兩巷及切眼內均無四灰含水層淋水現象，8103 工作面回采不受四灰含水層威脅。

（3） 五灰含水層。五灰含水層距8103 工作面底板28.1～43.3 m，平均34.8 m，鉆孔資料顯示，五灰含水層厚1.6～9.5 m，平均厚5.6 m。工作面內鉆孔單孔涌水量0～10 m3/h，平均涌水量0.9 m3/h，含水層水位在-196.4—-324.6 m，工作面回采范圍內，五灰含水層巖溶發育不均一、富水性相對較弱，工作面回采過程五灰含水層最大涌水量預計20 m3/h，最大突水系數為0.096 MPa/m。

（4） 奧灰含水層。奧灰含水層厚800 m 左右，富水性強，巖溶裂隙及溶洞發育，鉆孔資料顯示，奧灰含水層與五灰含水層層間距為2.1～8.7 m，平均間距5.4 m，與工作面底板巖層層間距35.8～57.9 m，平均45.8 m，單孔涌水量0.5～100 m3/h，平均涌水量12.4 m3/h，奧灰最高水位+25.4 m，比五灰最高水位-196.4 m，高出221.8 m，五灰含水層、奧灰兩含水層水力聯系不密切，經計算奧灰含水層最大突水系數為0.139 MPa/m。

（5） 斷層水害。根據《煤礦防治水細則》要求，工作面留設FN6 斷層防水煤柱，該工作面不受斷層水害威脅。

綜上分析，白莊煤礦8103 工作面開采主要受底板奧灰含水層承壓水威脅。

3 底板注漿防治與效果監測

3.1 底板注漿防治

根據工作面水文地質條件與突出危險性評價，白莊煤礦8103 工作面開采主要受底板奧灰承壓水威脅。根據相關防治水規定要求，8103 工作面共設計施工奧灰注漿改造鉆孔64 個進行水害防治，其中第一序次施工31 個，第二序次施工22 個，檢查孔施工11 個，注漿孔均延伸至奧灰含水層段，單孔五灰水量0～10 m3/h，平均0.9 m3/h，單孔奧灰水量0.5～100 m3/h，平均12.4 m3/h。對五灰含水層和奧灰含水層進行聯合注漿改造，共注水泥803.48 t、黏土96.63 t。

注漿材料采用比重為1.12～1.18 粘土漿液加水泥，制成比重為1.20～1.30 的粘土水泥漿，采用連續換擋注漿方式，第一檔注漿流量106 L/min，孔口壓力達到8.0 MPa 時，換用第二檔注漿，流量為60 L/min，孔口壓力達到8.5 MPa 時結束注漿，注漿采用的注漿管路耐壓值不小于9 MPa，耐壓持續時間不小于30 min。

根據注漿鉆孔實際揭露，注漿后8103 工作面距奧灰含水層實際防水厚度91.0～120.5 m，平均厚度為99.9 m。8103 工作面采取奧灰含水層疏水降壓措施，放水量為30 m3/h，據此計算奧灰最大突水系數為0.057 MPa/m，符合《煤礦防治水規定》要求。

3.2 底板注漿效果監測

采用電磁探測技術對8103 工作面底板注漿效果進行監測。在8103 工作面軌道巷內分別設計了奧20 孔、奧31 孔、奧44 孔和奧60 孔探測鉆孔，如圖1 所示。

圖1 探測鉆孔布置Fig.1 Probe borehole

奧31 孔與奧20 孔之間電阻率CT 成圖如圖2所示。圖中出現兩處高阻區，一處位于奧20 孔中部，一處位于奧31 孔深處。根據鉆孔地層資料可知，奧20 孔高阻區位于五灰含水層，經過注漿治理后，五灰含水層周圍裂隙被注漿封堵，導致五灰地層周圍富水性降低，因此五灰地層呈現高阻區，說明該孔的注漿效果好。五灰和奧灰地層處都呈現高阻，說明五灰和奧灰含水層之間沒有水力聯系，奧31 深部高阻區對應奧陶系灰巖地層，同理可知，奧灰地層經過注漿處理后，該孔的奧灰地層不富水。

圖2 奧31 與奧20 之間的CT 透視圖Fig.2 CT fluoroscopy between No.31 and No.20

工作面切眼巷道位于圖3 中橫坐標190 m 處左右，切眼巷道貫通后，切眼巷道周圍底板應力重新分布，導致切眼巷道周圍應力增大，底板巖層由于受到應力增大的影響，將巖層裂隙中的水壓縮出來，水向應力減小的方向運移，導致圖3 中奧31孔橫向坐標0～10 m 處顯現低阻區。

圖3 奧60 與奧31 之間CT 透視圖Fig.3 CT fluoroscopy between No.60 and No.31

奧60 孔與奧31 孔之間的CT 成像圖如圖4 所示。從圖中可以看出，奧31 孔深部的奧灰地層處呈現高阻區，說明奧31 孔中奧灰地層注漿效果好；地層電阻分布趨勢與底板應力分布趨勢一致，說明礦山壓力影響底板巖層中水的分布。

圖4 奧60 與奧20 之間CT 透視圖Fig.4 CT fluoroscopy between No.60 and No.20

4 結 語

深部煤炭資源開采面臨著高承壓水的威脅。通過分析白莊煤礦8103 工作面周圍老空水、四灰含水層、五灰含水層、奧灰含水層以及斷層水害對其開采的影響，表明白莊煤礦8103 工作面開采主要受底板奧灰承壓水威脅。采用注漿和奧灰含水層疏水降壓方式防治后，進行了注漿防治效果的電磁探測，結果顯示注漿效果良好，保證了白莊煤礦8103 工作面安全開采。