陳四樓煤礦煤層底板注漿分層擴散規律

劉　洲

(河南能源化工集團永煤公司陳四樓煤礦)

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陳四樓煤礦煤層底板注漿分層擴散規律

劉洲

(河南能源化工集團永煤公司陳四樓煤礦)

摘要陳四樓煤礦礦井南翼深部采區水文地質條件較復雜，背斜、向斜、斷層等構造發育，主要充水水源為太原組上段灰巖巖溶裂隙承壓含水層，該含水層富水性強、水壓高，且太原組上段L(11)、L(10)、L8灰巖層位聯通性好，在構造發育區域導水性、富水性強，注漿鉆孔注漿量大。以煤層底板注漿鉆孔數據為基礎，分析了工作面水文地質條件、構造與注漿量的關系，為煤層底板注漿孔改造設計和施工提供技術支持。

關鍵詞煤層底板注漿分層擴散注漿量注漿孔水害防治

陳四樓煤礦南翼深部采區二2煤層底板受褶皺、斷層、裂隙等構造破壞嚴重，導致與太原組上段灰巖含水層產生水力聯系，在采動影響下易造成工作面突水[1-3]。尤其是水壓大于4 MPa、標高在-600 m 以下的深部區域，構造發育，巖漿巖零散分布，含水層富水性強，水文地質條件較復雜。該礦主要采取局部底板改造的方法防治工作面水害[4-5]。研究區工作面標高-765～-696 m，太原組上段灰巖水含水層靜水壓力5.80～6.49 MPa，主要充水水源為太原組上段灰巖巖溶裂隙承壓含水層(L11、L10、L8)，裂隙發育，單位涌水量0.113～0.361 L/(s·m)，富水性強，分布不均。研究區工作面由寬緩的向斜、背斜構造組成，相間起伏，傾角1°～26°，近EW向，工作面內斷層發育，共揭露50條斷層(落差0.5～7.0 m)。為指導該礦煤層底板水害防治工作，有必要對煤層底板注漿分層擴散規律進行研究。

1煤層底板注漿數據

工作面施工注漿孔175個，累計進尺38 500 m，鉆孔揭露太原組上段灰巖含水層347個出水點，累計消耗水泥量19 476.4 t。L8灰巖單點最大涌水量95 m3/h，單點平均注水泥114.5 t；L10灰巖溶隙含水層單點最大涌水量80 m3/h，單點平均注水泥124.7 t；L11灰巖單點最大涌水量80 m3/h，單點平均注水泥79.6 t。各層灰巖注漿孔的注漿量見表1。

基于Sufer軟件分析了3層灰巖注漿量的分布情況，見圖1。由圖1可知：L11富水區主要集中于工

表1　3層灰巖注漿孔的注漿量

作面中部的背斜區域，在實際施工過程中，鉆孔多次涌水，且涌水量較大，說明在該區域的L11、L10灰巖含水層聯通性較好。L10、L8灰巖富水區有6處重合，且在富水區域鉆孔出水次數大多在2次以上，說明L10、L8灰巖含水層段聯通性較好，L8灰巖是L10灰巖層位的主要補給水源。在構造發育塊段，3層灰巖聯通性較好，因此作為底板加固的重點塊段，在布置鉆孔時應進行加密控制和效果驗證。工作面外段向斜、中部背斜軸部及轉折端、斷層、裂隙發育區段鉆孔涌水量及注漿量較大，單鉆孔注漿量普遍較大。在該區域鉆孔涌水量和注漿量比值為0.8～10的鉆孔數量占鉆孔總數的56%，該塊段灰巖含水層富水性強。

2各含水層單點出水裂隙注漿量

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灰巖進行了注漿，其余2層灰巖未進行地面注漿，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L8灰巖，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，該級別裂隙的最大注漿層位為L10灰巖，單孔注漿量高達357 t，如表4所示。

圖1　注漿量分布(單位：m3/h)

含水層出水點/個總注漿量/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，該級別裂隙的最大注漿層位為L10灰巖，最大單孔注漿量達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灰巖在該級別裂隙的單孔注漿量高達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，該級別裂隙的最大注漿層位為L10灰巖，單孔注漿量達728 t，如表7所示。

表7　涌水量大于50 m3/h充水裂隙耗漿規律

由表2～表7可知：L10灰巖占總注漿量的47.38%，平均單孔注漿量124.7 t；L8灰巖注漿量8 816 t，占總注漿量的45.26%，平均單孔注漿量114.5 t。可見，L10灰巖層位消耗水泥量最大，裂隙普遍發育，富水性強，L10灰巖為底板注漿孔改造的關鍵層位，因此，在構造復雜高承壓水區域進行底板注漿孔改造時，將L8灰巖作為注漿改造終孔層位的同時須兼顧L10灰巖的注漿孔改造。

3結語

在分析陳四樓煤礦工作面煤層底板注漿數據的基礎上，采用Sufer軟件繪制了L11、L10、L83層灰巖注漿量分布圖，并對各含水層單點出水裂隙的注漿量進行了詳細討論，對于該礦區煤層底板注漿孔的改造設計及井下水害防治有一定的參考價值。

參考文獻

[1]種波凱，宋成義，張新建.陳四樓煤礦跨越老巷施工技術[J].現代礦業，2014(11)：51-52.

[2]曾秀榮，崔增驥，周莊芬.注漿技術經驗匯編[M].北京：煤炭工業出版社，1988.

[3]馮有利.礦井深部采區高承壓水綜合治理技術研究[D].焦作：河南理工大學，2013.

[4]章至潔，韓寶平，張月華.水文地質學基礎[M].徐州：中國礦業大學出版社，2004.

[5]黃德發.地層注漿堵水與加固施工技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，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。