奧陶系灰巖含水層注漿改造可行性研究與應用

馮兆安,,

（肥城白莊煤礦有限公司,山東 肥城 271623）

奧陶系灰巖含水層注漿改造可行性研究與應用

馮兆安,馮吉耀,趙建忠

（肥城白莊煤礦有限公司,山東 肥城 271623）

通過對奧陶系灰巖含水層突水機理、突水規律、巖石成份微觀分析及礦壓水壓綜合作用下水動態變化規律的綜合研究，提出了對奧陶系灰巖含水層頂部50m含水層段進行注漿改造的治水思路，并將其付諸實踐，取得了很好的治理效果，確保了太原組煤層的安全開采。

奧陶系灰巖；注漿改造；鉆孔探查

1 概述

華北型煤田開采過程中，受底部奧陶系灰巖含水層高承壓水的嚴重威脅，歷史上曾發生多次奧灰含水層突水事故，給國家和人民生命財產造成重大損失。近年來，隨著開采深度的不斷延深，威脅日益嚴重，已嚴重制約了開采華北型煤田礦山企業的健康發展。如何對奧灰含水層進行有效治理，防范太原組煤層開采中的突水事故，已成為一個迫在眉睫的技術難題。

肥城礦區是全國有名的大水礦區，近年來，通過對奧陶系灰巖含水層突水機理、突水規律、巖石成份微觀分析及礦壓水壓綜合作用下水動態變化規律的綜合研究，提出了對奧陶系灰巖含水層頂部50m含水層段進行注漿改造的治水思路，并將其付諸實踐，取得了很好的治理效果，確保了太原組煤層的安全開采。

2 奧陶系灰巖含水層富水規律研究分析

奧灰含水層位于煤系地層底盤，厚810m左右，在肥城煤田內埋藏較深，在煤田外圍的南部山區大面積出露，面積約260km2，直接接受大氣降水的補給，補給量約2.8萬m3/h，是煤系各含水層的主要補給水源。直接威脅著太原組煤層的安全開采。

通過鉆孔探查，室內巖芯巖樣鑒定，對奧灰巖層的結構、含水特征、成巖及礦物組合特征等分析研究。考慮沉積特征，將奧灰自下向上劃分為4組8段。其中亮甲山—冶里組2段，厚73.93m；下馬家溝組3段，厚377.04m；上馬家溝組2段，厚156.09m；峰峰組2段，厚203.94m。峰峰組上段厚154.68m，其中上部32.81m為較弱含水層的溶蝕風化充填帶，下部92.2m為硅質泥質白云巖夾白云質泥巖，富水性弱，可視為相對隔水層；中部29.67m富水性較強。

3 奧灰注漿改造鉆孔設計和布孔原則

3.1 鉆孔結構，奧灰注漿鉆孔采用三級套管結構

其中: 一級孔口管為Φ127mm，長5m；二級套管Φ108mm，一般在35m～55m，主要是隔離開主要開采煤層；三級套管Φ89mm，長度一般在75m～90m，要下到奧灰頂部本溪組粘土巖中，主要是隔離徐家莊灰巖與奧陶系灰巖兩個含水層，防止人為連通兩個主要含水層。

3.2 鉆孔布孔原則

奧陶系灰巖注漿鉆孔一般布置在8煤、9煤和10Ⅱ煤巷道內，鉆孔多選擇在工作面的上下順槽及切眼中，成組布設，扇形布置，工作面形成后，要先對工作面底部進行電法勘探，找出突水和構造薄弱區域。根據物探資料和現場分析情況，編制工作面《奧陶系灰巖注漿改造設計》。

4 奧陶系灰巖含水層注漿改造參數確定

工作面注漿改造時利用地面注漿站造漿，采用NBB-260/7型泥漿泵壓漿，通過Φ73mm送漿孔及直徑60mm送漿管送至井下工作面各鉆孔。注漿前先對注漿管路做耐壓試驗，管路耐壓不低于8.5MPa，持續時間不少于30分鐘。管路打壓合格后，先壓清水20分鐘，再開始注漿。各鉆孔嚴格按施工、按序次注漿，采取連續注漿方式，粘土漿比重為1.12～1.18，粘土水泥漿比重為1.22～1.38。泵量一般先用泵量106L/min，當孔口壓力升到8.5MPa時，換用泵量80L/min注漿，直至孔口壓力達到8.5MPa時方可終止注漿，進行封孔。

5 效果評價

白莊煤礦先后對8109、8802、8804、8806、8807、8107等六個工作面實施了奧灰頂部注漿改造技術。共施工奧灰注漿鉆孔252個，總工程量35280m，注水泥13000t，粘土28000t，解放受水威脅儲量240萬t，現已安全采出受奧灰水威脅煤炭200萬t。

為確保奧灰頂部注漿效果，防止漿液沿奧灰主要含水裂隙不斷流失，降低注漿成本，控制漿液擴散范圍，在工作面進行奧灰注漿改造前，先在運中或出口施工1～2個奧灰放水孔，先期作為打鉆供水水源孔，注漿時，作為漿液引流鉆孔，人為控制漿液流向，在確保注漿改造注漿效果基礎上，努力降低注漿成本。

[1]桑紅星,王則才著.《肥城礦區巖溶水害防治實用技術及突水案例》[Z].

[2]王則才著.《肥城煤田奧灰巖溶水害防治技術》[Z].