澄合西部井田承岩溶奥灰水带压开采技术探索

文/张军琪

澄合矿区西部井田，随着开采水平不断延伸和开采范围的不断扩大，承奥灰水开采的水压不断升高，水文地质条件变得愈来愈复杂，突水威胁愈加严重。井田+320m以下煤层均受奥灰水威胁，大量优质储量亟待解放，如不采取有效措施解决水患威胁，将导致矿区可采储量减少，产量连年下降，直接影响矿区的长远发展。

一、煤层底板注浆技术在澄合矿区应用的必要性

1.水害压煤

澄合矿区西部井田均为水文地质条件复杂矿井，东部矿井深部开采也受水患威胁。矿区井田充水水源为煤系基底奥陶系石灰岩岩溶水，距开采煤层很近，为强含水层，水压高。矿区受水患威胁储量高达亿吨，造成大量储量不能解放，排水费用连年提升，经济效益低下，矿井抗灾能力大为降低，直接威胁矿区的科学发展，安全发展。

2.突水现状

西部井田在+320m以下开采中均发生过突水,其中董矿井田较为严重，据统计，有3个采煤工作面在回采中突水，2个面被淹，不得不强排回采，而且甩掉了大量的回采煤量，造成矿井生产接续紧张。回采时突水急速，水量达150～200m3/h，采面第一次突水都在初采期间，给安全回采带来严重威胁，矿井虽然实施了多项综合防治水工作，但对复杂含水层富水性强的地区治理效果不明显，巨额排水费用也难以承受。

综上所述，在澄合西部井田应用底板含水层注浆加固技术，再造隔水层这一新技术十分必要，也十分迫切。

二、底板注浆改造技术在西部井田应用的可行性

煤层底板注浆改造技术就是沿工作面两顺槽向工作面大面积布置注浆钻孔，通过注浆钻孔注浆来充填底板含水层的岩溶裂隙和导水裂隙，从而大大减弱含水层的富水性，并切断水源补给通道，使受注含水层改造为不含水或弱含水层，同时增强了煤层底板隔水层强度，实现不突水开采。

1.煤层底板岩层及导水性分析

西部井田深部煤系地层为海陆相交互含煤沉积，5#煤底板距奥灰顶界面间距一般在18～44m，平均32m，5#煤直接底为K3石英砂岩，裂隙发育；其下为深灰色粉砂岩、薄层煤及石英砂岩和粉砂岩互层；再下为K2灰岩，多数被石英砂岩冲刷，相变为砂岩；其下为10#煤，不可采，再往下为K1铝土岩，厚度不均匀，0.5～10m 不等，多数在1m以下。由于K1铝土缺失或较薄，可使奥灰承压水导升到K2，虽然灰岩无岩溶构造时有一定隔水作用，但多数被石英砂岩冲刷，其隔水作用丧失。K3由于裂隙发育，回采中又受采动压力破坏，裂隙更为发育，这样煤层到奥灰顶界面无隔水层，奥灰岩溶水通过裂隙导升至K3，形成突水。

2.再造隔水层可行性分析

从5#煤底板地层分析和多年来地质资料表明，5#煤距奥灰顶界面很近，平均厚度32m，多数在28m上下。矿压观测西部井田回采底板破坏深度8～10m，也就是说减去底板破坏深度的8～10m，仍有18～20m可作为注浆改造堵塞导水通道的足够距离，加之注浆对直接底板K3的加固改造，阻水作用提高，完全能够再造隔水层或弱导水层，从而防止奥灰水的突出。

3.新型注浆材料经济可行性分析

随着注浆技术不断探索和发展，注浆材料经历了单液浆到水泥、粘土、水玻璃等多元材料的发展过程，水泥粘土浆注浆成本低、来源广、浆液流动性好，悬浊不沉淀，胶结性能好，充填效果佳，改造质量高，经济可行。

4.新型物探手段助推注浆改造技术成功应用

直流电法探测已在澄合矿区应用多年，通过对多个工作面的探测，证实探测灰岩富水带和岩溶发育带比较准确。通过探测，一方面可以了解底板含水层裂隙分布情况，确定富水地段，指导注浆孔合理布置；另一方面为检验注浆效果提供了验证手段，保证了注浆改造技术的应用。

综合以上因素，在澄合西部井田实施煤层底板注浆改造，再造隔水层是可行的，应积极推广，破解奥灰水防治的难题。

三、底板注浆改造施工方法

1.注浆施工工艺

地面设制浆站，通过注泵管路将浆液送至工作面两顺槽，通过注浆钻孔对底板注浆，充分利用K3、K2的坚固性和岩溶裂隙的可注性，使浆液在注浆压力的作用下沿着岩层裂隙扩散、沉淀、结石、胶凝，达到充填岩层裂隙，置换岩层裂隙水的目的，使含水层不含水或弱含水，从而完成再造隔水层的注浆工艺流程。

2.注浆孔布设

在工作面两顺槽及开切眼内每60～100m设一钻场，按浆液20～60m扩散半径要求布孔，力求浆液在整个富水地带改造范围覆盖率达到90%以上，工作面初采地段、构造裂隙发育带、断层带、隔水层变薄带加密布孔，使钻孔尽量与裂隙发育方向垂直或斜交，穿透含水层。

3.注浆方式

注浆改造采用分孔序连续注浆方式，直至达到终孔压力，钻孔不吸浆为止。注浆时，尽力达到最大量进浆、最大范围扩散、最大限度充填的目的。

一般初期注浆采用浓度较小粘土浆注浆，并使浆液由稀到稠连续注浆，保证其流动性和扩散性，使浆液最大限度扩散至最远裂隙。当孔口压力达到6Mpa时充填饱和，终止注浆。

由于底板破碎及巷道采面渗水等原因，在钻场、巷道、采面与注浆孔发生水力联系时，需采用动态注浆，首先用稠浓度浆液注浆，采用循环注浆方式，仍达不到防止跑浆、漏浆目的时，则采用特殊注浆方式，一般采用多液浆注浆，以加快浆液的硬化速度。根据裂隙发育不易充填的实际情况，有针对性的向钻孔内充填锯末、海带粉、刨花、砂子等骨料，利用其膨胀系数大的特性，保证充填固结强度，堵漏后实施正常注浆。

4.注浆材料

粘土是注浆的主要材料，消耗量大，是浆液的主要成分。要求具有一定的可塑性，粒度小，浆液流动性好，附着后有胶凝性，塑性越好，粘土的颗粒分散性越好，越易于制成悬浊液，不易沉淀，造浆效率高，注浆效果好。

5.注浆中的注意事项

（1）注浆前洗孔30～60分钟，将沉淀在孔内碎石，裂隙中的充填物冲出，使裂隙畅通。

（2）水灰比、粘稠度要按单孔涌水量及岩溶裂隙发育程度确定。

（3）注浆中要根据进浆、吸浆情况及时调整泵量及浆液配比。

（4）一般情况下应连续注浆，注浆质量才有保证。

（5）注浆结束，需及时用清水将管路冲洗干净，防止浆液沉淀在管路内，堵塞管道，保证管路通畅。

（6）要设专业技术人员指导注浆工作，观测详实，保证注浆全过程按流程进行。

四、注浆效果

澄合西部井田按照上述注浆工艺注浆加固改造底板，再造隔水层，经多次井下电法探测验证，90%均达到高电阻区，表明煤层底板由高富水性岩层变为弱含水或不含水岩层，有效防止了突水。实践证明，底板注浆加固，再造隔水层这项技术的探索和应用，取得明显的经济效益，为澄合矿区解放承压储量，保证矿井带压开采安全探索出了一条成功之路。