澄合矿区安阳煤矿1508工作面K2灰岩治理成效研究

王峰

摘要：澄合矿区东部安阳煤矿工作人员在开采5号煤层时发现底板K2灰岩含水层存在水害隐患，需采取必要的手段和技术进行防治。通过含水层提前疏放与封堵相结合的方法，对1508工作面K2灰岩进行了治理。治理效果显示，经过注浆加固改造后，改造前物探结果中显示的大范围成段出现的异常区变成了零星分布的小范围异常区，实际回采中矿井涌水水源仅为顶板砂岩水，无底板灰岩水，证实本次防治水手段取得了良好的效果。

关键词：K2灰岩;底板;注浆加固;治理效果

中图分类号：TD745

文献标识码：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.11.040

1 引言

煤层底板灰岩承压含水层一直是矿井防治水工作中的重点对象之一[1-3]，含水层的提前疏放和注浆改造的结合可以取得良好的效果[4-6]。目前在开采澄合矿区东部安阳煤矿5号煤层时，由于距离底板K2灰岩较近，煤层回采时，受底板采动破坏的影响，可能导致灰岩水沿底板破坏裂隙涌入采场，造成水害事故。

本文通过对安阳煤矿1508工作面的帷幕注浆加固，对比分析了加固前后的煤层底板水文地质条件的差异，研究成果为煤矿安全回采提供了可靠依据。

2 工程布置

1508工作面位于安阳煤矿一采区中部，煤层底板标高+312 - +340 m.1508工作面走向长度为1 757.66 m，倾斜长度为150 m，平均煤厚4.5 m，工作面受控于波状起伏的单斜构造，由西向东煤层高程逐渐降低。5号煤层底板距K2含水层仅有16 m左右，距离底部奥陶系灰岩含水层仅30 m。根据地面物探结果显示（瞬变电磁），该面的中段存在两处富水异常区，为保证安全生产，矿方在掘进时有针对性地对这两处异常区进行了井下钻探验证，结果显示，一孔干燥未涌水，另一孔在揭露K2灰岩时出水，但水量仅为8 m³/h左右，这也说明了研究区底板含水层富水性的不均一性。

总体来说，煤层底板K2灰岩含水层是开采5号煤层时的直接充水含水层，奥灰含水层是间接充水含水层。根据工作面实际水文地质条件和物探探查结果，本次研究采用了注浆加固和探查疏排相结合的方法对1508工作面底板K2灰岩含水层进行了综合治理。

为了确保本次工作的有效性，在井下钻进至稳定的厚层底板岩层时，必须保证套管安装的合理性，例如各个级别套管的深度、下放套管的时间、水泥固管和孔口管深度等，此外还必须考虑到主采煤层采动后底板破坏深度、底板隔水层的厚度和承压强度等因素。

本次注浆加固过程持续时间长，注浆次数多，在前期注浆加固时，应首先在K2灰岩的物探探测富水异常区或与底部的奥陶系灰岩含水层发生水力联系的区域进行，在布置注浆钻孔时，应按照以下原则和步骤进行：①针对存在奥陶系灰岩含水层补给的区域进行井下钻孔设置，由于受煤层采动影响，因此选择注浆加固的深度为25 m左右，一般在揭露硬质砂岩时结束，该工作主要为切断奥陶系灰岩水服务;②前期注浆结束后，静置一个月，保证浆液的凝固强度，然后用物探手段进行复查，在探查结果中再次对异常点（区段）进行施工注浆孔，同时对未达到预期效果的区域进行补充或重新注浆;③井下疏放钻孔疏放的时间应该根据该工作面的采掘规划而定，为保证疏放效果，本次工作增加了疏放时间，并在回采和疏放过程中对矿井工作面的涌水量进行了实时监测，分析其变化特征。

按照以上原则和步骤，1508工作面共计施工底板注浆加固钻场21个，钻孔47个，累计钻进2 845.1 m，注浆量为7 668 m³。

3 治理成效分析

3.1 物探结果对比

本次工作中在底板注浆前后分别对1508工作面进行了井下物探（直流电法）探测，探测区段主要为主采煤层底板下的0-40m。注浆前探测结果显示，该工作面存在3个异常区（段），且各个异常区相互连通，初步判定该工作面存在垂直导水通道，可能导通了K2灰岩和下部的奥陶系灰岩含水层，且富水性强，如图1 （a）所示。

注浆后探測结果显示，前期分布的三个连通的大片异常区已不存在，呈现出零星分布的小区段异常，个别区段显示为高异常。显然，该结果说明了本次注浆加固改造的良好效果，如图l（b）所示。

3.2 实际推采验证

根据前期物探结果，本次在三个异常区内布置了K2灰岩含水层疏放孔，施工深度均超过了15 m，三个异常区的疏放水量在前期分别是15 m³/h、9 m³/h和8 m³/h，而在注浆加固的后期又分别逐渐减至11 m³/h、7 m³/h、6m³/h。

回采至439.12 m时工作面涌水量为35 m³/h左右，通过水文地球化学检测方法得出，涌水水质化验类型为HC03-- S042_Na+.Ca2+型，矿化度为0.776 mg/L，通过与区域水文地质资料比对发现，该类型水位典型的顶板砂岩裂隙水，非底板灰岩水。

此外，通过实际回采监测和临近井田的涌（突）水特征资料，1508工作面临近的1505工作面涌水具有明显的“臭鸡蛋”（硫化氢）的气味，但是1505工作面涌水并未发现该类现象，因此综合分析认为，1505工作面的充水水源为煤层顶部的K中、K5砂岩裂隙水。

1505工作面推采至工作面末端时，受采动影响7号疏放孔内出现了塌孔，最后钻孔涌水量减至1 m³/h左右，巷道底板有少量渗水，工作面最终涌水量稳定在25 m3/h左右，且直至回采结束该区域未出现底板涌水。

根据以上施工前后的对比结果表明，1505工作面主采煤层底板K2灰岩主要以静储量为主，正常情况与下部奥陶系灰岩含水层联系不大;在不受强烈采动影响条件下，通过提前疏排措施是可以实现安全回采的;通过实施底板注浆加固工程，较好地改造了主采煤层隔水层的补给通道和径流条件，在一定程度上阻断了奥陶系灰岩与K2灰岩的水力联系，为后期治理底板水害提供疏降条件。总体来说，井田内K2灰岩水静储量相对较小，但是物探结果显示煤层底板岩层垂直裂隙极为发育，存在与奥灰岩溶含水层的水力联系，这种较为明显的水文特征是该矿区后期治理水害需重点防范的内容之一。

4 结论

通过采取疏放与封堵相结合的方法，对1508工作面K2灰岩进行了治理。治理效果显示，经过注浆加固改造后，前期物探结果中的大片连通的异常区被隔离为零星分布的小范围异常区;经过注浆加固改造后，实际回采中矿井涌水水源为顶板砂岩水，无底板灰岩水;含水层的提前疏放和底板注浆加固改造取得了良好的效果。

参考文献：

[1]赵庆彪，赵兵文，付永刚，等.大采深矿井地面区域治理奥灰水害关键技术研究[J].煤炭科学技术，2016，44（ 8）： 14-20.

[2]李永军，彭苏萍.华北煤田岩溶陷落柱分类及其特征[J]煤田地质与勘探，2006.34（4）：53-56.

[3]黄晖，蒋法文，韩必武，等.淮南矿区A组煤层底板灰岩钻孔瓦斯喷孔综合探查分析[J].煤炭学报，2013， 38（ ll）：1988-1992.

[4]郑士田.两淮煤田煤层底板灰岩水害区域超前探查治理技术[J].煤田地质与勘探，2018，46（ 4）： 142-146.

[5]南生辉.邯邢矿区奥陶系灰岩上部注浆改造技术[J].煤田地质与勘探，2010，38 （3）： 37-40.

[6]赵鹏飞，赵章.地面水平分支孔注浆超前治理奥灰底板突水技术[J].煤炭科学技术，2015，43 （6）： 122-125.