煤層底板注漿加固效果檢驗及評價方法

何東旺，苗利偉，葛會乾

（中國煤炭地質總局 第二水文地質隊，河北 邢臺 054000）

1 概 況

云駕嶺礦隸屬于冀中能源股份有限公司邯鄲分公司，礦井可采煤層有2、6、7、8、9 號煤，主采煤層為2 號煤，年產量180 萬t。目前僅有三采區和八采區部分工作面，后續資源已經難以有效銜接，因此，對-300 以淺9 號煤進行開采勢在必行。2018 年云駕嶺開始進行奧灰區域探查治理工作，采用水平分支孔對奧陶系灰巖巖溶裂隙含水層上部進行注漿改造。設計主孔1 個，分支孔44 個，該項目目前已完成10 個分支孔的施工任務，3 個工作面治理工作已經完成。其中首個工作面共22 個漏失點，10 個低阻異常區，結合實際情況及相關規定，此次布置17 個鉆孔進行治理效果驗證，重點對地面區域治理分支孔施工過程中主要泥漿漏失點、注漿量明顯增大區域以及采用瞬變電磁法和無線電波透視法探測的異常區域進行檢查驗證。對地面區域治理注漿治理效果進一步評價，對煤礦安全開采9 號煤提供更好的保證。

2 工作面治理情況

冀中能源股份有限公司邯鄲云駕嶺礦19101 工作面東部以19101 工作面運巷為界，東鄰19103 設計工作面；西部以19101 工作面副巷為界，西鄰北總回風巷；南部以設計切眼為界，南鄰風井保護煤柱線；北部以設計停采線為界，北鄰九一采區軌道、皮帶上山。工作面地表為北洺河床，常年干涸，地表沒有需要保護的建筑物，地面標高+260.5—+262.8 m，采面開采標高-42.69—-71.88 m。回采后地表以緩慢下沉為主。該回采工作面上部地表無河流、水體，且工作面埋深為302～334 m，埋深較大，不受地表水影響。

9 號煤層底板至奧陶系石灰巖含水層頂面由一組鋁土泥巖、細粒砂巖、泥巖、薄層灰巖組成的隔水層，標高范圍-50—-66 m，隔水層厚度最小為31.40 m，巷道底板隔水層承受最大奧灰水壓為1.395 MPa。19101 工作面區域治理所治理層位為奧灰頂界面下25 m，孔間距為55 m，該工作面共涉及5 個主分支水平鉆孔。分別為注1 孔1-1 分支、1-1-1 分 支、 1-1-2 分 支、 1-1-2-F1 分 支、1-1-2-F2 分支。

根據公式工作面的最大突水系數：

式中：T 為突水系數，MPa/m；M 為底板隔水層厚度，m；P 為底板隔水層承受的實際水頭值，MPa。經計算，奧灰含水層突水系數最大為0.044 MPa/m。

19101 工作面奧陶系灰巖頂部（奧灰下25 m）已經經過區域治理改造，因此奧灰頂界面下20 m，可視為相對隔水層。區域治理施工過程中共遇到22 個漏失點，每個漏失點注漿壓力及清水試壓壓力均達到設計要求（壓力不小于5.0 MPa，穩壓0.5 h 以上，注漿最后吸漿量均小于35 L/min），每個鉆孔單孔施工質量均驗收合格。共累計注水泥35 871.48 t、粉煤灰67 400.39 t，累計注漿103 271.87 t。注漿改造后，計算奧灰含水層突水系數最大為0.027 MPa/m。滿足帶壓開采要求。

3 注漿效果檢驗

3.1 井下綜合物探

采用瞬變電磁法對19101 工作面水文和構造進行探測。得出19101 工作面探測區域內存在10 處相對低阻異常區，編號DY1～DY10。DY1、DY2、DY3、DY5 和DY6 結合地質條件，分析為該區含砂巖裂隙水；DY4 分析為該區受F1 斷層影響，導致頂板灰巖水或砂巖水下滲造成低阻異常區；DY7、DY8、DY9 和DY10 在奧灰頂界面～奧灰頂界面下30 m 之間存在一定的連通性，結合地質條件，分析為該區含奧灰水。

采用無線電波透視法對面內構造進行了探查，根據實測場強曲線值變化特征和巖石吸收系數CT成像圖綜合分析，19101 工作面面內存在1 個透視異常區，受F1 斷層影響造成了電磁波透視異常，異常區在面內沿走向影響長度為10 m，影響寬度為20 m，對工作面回采有一定影響。

3.2 井下驗證孔

3.2.1 區域治理漏失點驗證

工作面區域治理工程驗收范圍內漏失點，通過設計井下施工驗證孔（10 個） 進行驗證。鉆孔設計終孔位置為奧灰頂界面下31 m，設計鉆孔參數見表1。

表1 設計鉆孔參數Table 1 Parameters of designed drilling holes

成孔工藝為一開0～6 m 采用φ153 mm 鉆進，完成后下入φ146 mm×6 mm 的護壁管，采用不低于P·S42.5 水泥封閉止水，候凝72 h，安裝井口防噴裝置，掃出原孔深0.3 m 做耐壓試驗，憋壓2 MPa，持續時間30 min，合格后進行下一階段施工，如不合格，繼續封孔注漿直至試驗合格；二開采用φ133 mm 鉆頭鉆進至28 m 左右，判斷在本溪灰巖垂距下4.0 m，下入φ108 mm×6 mm 的技術套管，水泥標號不低于P·S42.5，候凝72 h，掃水泥至本溪灰巖垂距下4.7 m，做耐壓試驗，憋壓2 MPa，持續時間30 min，合格后進行下一階段施工，如不合格，繼續封孔注漿直至試驗合格；三開采用φ80 mm 鉆頭鉆進至終孔，具體以進入奧灰垂深31 m 為準。終孔后對奧灰含水層進行放水試驗，察看出水量，根據出水量決定是否繼續補注漿。

驗證孔施工結束，進行放水試驗，驗證孔涌水量為0.5～1.5 m3/h，鉆孔均未揭露異常導含水地質構造。

3.2.2 井下綜合物探低阻異常區驗證

針對19101 工作面井下綜合物探成果中低阻異常區，設計了7 個物探異常區驗證孔。除DY7-1孔涌水量在5.5m3/h 外，其他驗證孔涌水量在0.6～1.3 m3/h，見表2。從涌水量數據上來看，低阻區存在一定的富水性，但整體富水較差。

表2 驗證孔涌水量一覽Table 2 List of verification holes inflow

4 結 語

19101 工作面經過地面區域治理，對奧灰頂界面下25 m 層位進行注漿改造。通過井下工作面綜合物探及井下施工驗證孔漏失量及放水試驗進行驗證，表明治理效果良好，煤層底板注漿加固區域治理有效地封堵了奧灰頂界面下25 m 層位的巖溶裂隙及斷層等（導） 含水構造，降低了奧灰頂界面下25 m 的含水性，消除了奧灰突水威脅，保證安全回采。通過物探、鉆探等技術方法相互結合，優勢互補，形成較為完成系統的煤層底板注漿加固檢驗技術體系，驗證加固效果，保證煤礦生產安全。