煤矿地面区域治理漏失点注浆效果检验方法

任松涛

（1.河北煤炭科学研究院有限公司，河北 邢台 054000；2.河北省矿井微震重点实验室，河北 邢台 054000）

0 引言

随着我国经济的迅速发展，近年来需要的煤炭资源量也在逐步加大，加上上组煤的可开采储量减小，许多煤矿开采深度不断加大，并逐步开始开采下组煤。采深加大及水害威胁的加剧，井下防治水工程施工面临很大的施工安全风险，目前国内还没有成熟的高承压水施工标准和经验，井下施工难度大、工期长、效果差，生产和防治水工作矛盾十分突出，是需要迫切解决的生产难题，因此，区域超前探查治理工程的开展是十分必要的。

根据具体带压开采条件及底板主要含水层富水性确定治理层位，应满足治理后突水系数不大于0.1 MPa/m。一般选择奥陶系灰岩顶部或影响安全带压开采的主要薄层灰岩含水层，探查过程中发现漏失点进行注浆，从而对含水层进行治理。注浆的质量关系到治理工程的效果，因此注浆效果的检验至关重要，现对几种检验方法进行简单分析。

1 利用相邻的钻孔检验

钻孔设计施工时采取间隔施工的方法，当一个分支钻孔有漏失点注浆后，可利用相邻的钻孔进行注浆效果验证，验证钻孔钻进至漏失点附近时，观察是否仍然有漏失现象，再者就是根据钻进返出的岩屑内是否有水泥，随着钻伽马值是否有大的变动，确定验证孔周围的岩性，并分析导水裂隙的发育程度，从而判断出注浆的扩散范围，以及注浆的效果。

该方法一般适用于钻孔设计分布呈带状或者羽状分布的情况下，且注浆量比较小的漏失点验证，该方法的优点是施工孔兼作验证孔，节省工程量的同时缩短工期（图1、图2）。这种漏失点从注浆量上来分析，附近导水裂隙发育不是特别好，验证的范围比较小且缺乏针对性，由于裂隙的发育方向不明确，单独的验证孔只能作为简单的验证。对于地质条件复杂的区块以及注浆量比较大的地区，不适合运用该验证方法，或者增加其他的验证方法共同检验注浆效果。

图1 带状分布钻孔兼作验证孔分布Fig.1 Banded distribution drilling hole also as verification hole distribution

图2 羽状分布钻孔兼作验证孔分布Fig.2 Feather distribution drilling hole also as verification hole distribution

2 施工专门的验证孔检验

对于漏失量比较大的漏失点一般采取施工专门的验证孔进行注浆效果检验，注浆量大的漏失点有可能附近的导水裂隙发育比较好，也有可能存在隐伏的地质构造，对上覆的采掘活动水害威胁比较大，因此必须采取针对性的效果验证方法。

验证孔的设计靶心一般在漏失点位置，有多个漏失点同时验证时，可以穿过漏失点或从漏失点附近经过，保证能很好验证的同时也便于施工顺利，同时减少了验证孔的施工个数。验证层位一般选取和漏失点同一个治理层位偏上5～10 m 位置。钻进一般采取取芯钻进，可以观察岩芯内是否有水泥来判断浆液的扩散方向及范围，钻进至漏失点附近观测钻井循环液是否有消耗，然后充分洗孔后通过观测孔内水位是否有异常和做高压压水试验来判断是否有漏失，从而判定漏失点注浆是否达到了很好的效果。

梧桐庄矿四采区地面区域治理补注14-6 孔孔深1763 m 发生漏失，漏失量为54 m3/h，注浆量11376 t（纯水泥9569.8 t，含30%粉煤灰水泥1806.2 t）；补注14-8 孔孔深2074 m 注浆封孔，注浆量7946.2 t（纯水泥7821.3 t，含30%粉煤灰水泥124.9 t）。为了验证2 个大的注浆点，设计专门的验证孔补注14-5-1 分支孔，采取一个验证孔串两个验证点的设计方案。由于施工工艺问题，该验证孔未进行取芯，验证孔施工至补注14-6 孔漏失点和补注14-8 孔孔深2074 m 时钻进层位分别高于验证点5 m 和8 m，岩粉未发现异常，钻进过程中未发现钻井液漏失现象，完孔后洗孔对整个孔段做高压压水试验，排量35 L/min，泵压0.02 MPa，吸水率为0.002 L/min.m.m，说明验证孔内没有漏失现象，验证点注浆质量合格。验证孔施工平面、剖面如图3、图4 所示。

图3 验证孔施工平面图Fig.3 Verification hole construction plane

图4 验证孔施工剖面图Fig.4 Verification hole construction profile

3 高压压水试验检验

可以通过高压压水试验检验是否存在堵孔、塌孔等其他原因造成的起压现象，也可判断注浆后是否还存在小的漏失。漏失点注浆结束后，应立刻进行扫孔作业，扫孔至比原漏失点孔深深1 m 处。首先压入清水替换钻井液，进行抽（压） 水洗井至水清砂净后进行水位观测，每30 分钟观测一次水位，直至水位稳定。然后进行压水，需保证压水量大于孔内体积2 倍才可停止压水，求取注浆目标层单位吸水率，单位吸水率计算公式采用公式

式中：q 为单位吸水率，即单位压力下，单位长度试验段单位时间内的吸水量，L/min·m·m；Q 为压入流量，L/min；H 为作用于试验段的水头压力，m；L 为试验长度，m。

试验的最小泵量一般选取35 L/min，若在最小泵量压水时计算单位吸水率小于0.01 L/min·m·m，则视为注浆质量合格，反之注浆质量不合格，需要进行补注。地面区域治理钻孔吸水率计算见表1。

表1 地面区域治理钻孔吸水率计算Table 1 Surface regional control drilling hole water absorption calculation

4 物探探测技术检验

该方法主要是治理结束后，对于形成的工作面需要进行采前物探探测，根据探测结果看漏失点附近是否出现异常现象。在我国煤炭探测通常使用瞬变电磁、音频电透视和坑透这三种物探方法。其中，瞬变电磁、音频电透视主要探测工作面和周围环境的含水量和异常区，坑透应主要查勘隐藏的地质构造。

一般采用瞬变电磁法进行注浆效果验证，探测结果中低阻率区域代表相对富水区域，然后对比漏失点处是否出现低阻现象。若没有出现低阻率现象，说明漏失点附近的导水裂隙经过注浆已经被充填改造，达到了很好的注浆效果；若注浆点处出现了低阻率现象，说明导水裂隙还没有被完全充填，仍然存在水害隐患，就需要通过井下防治水工程再进行治理，直到水害隐患排除。

瞬变电磁超前探测成果如图5 所示，正前方探测范围内视电阻率等值线变化相对较为均匀且电阻率值相对较大，无明显低阻异常区域，推断为正前方向无明显赋含水构造。右前方探测范围内视电阻率等值线变化相对较为大且电阻率值相对较小，有明显低阻异常区域，推断为右前方向可能存在赋含水构造，需要用其他方法进一步验证。

图5 瞬变电磁超前探测成果示意Fig.5 Advance detection results of transient electromagnetic

5 微震技术检验

微震监测技术是一项新的防治水技术，我国微震监测技术起步较晚，但在微震设备与监测技术研发、应用方面近年来已取得长足进步。传统的应用中是对被动震源进行监测，通过对震源的定位研究，对被动震源区域内的岩体力学性质进行分析。而水和浆液在动平衡状态时往往激发不了微震事件，注浆过程中由于浆液的流动及扩散诱发微震事件，由常规方法的“被动等震”监测转变为“主动诱震”监测。

发挥微震技术所特有的大范围、连续、实时、动态监测等技术优势，通过高灵敏度检波器感知注浆过程中浆液在导水裂隙中流动产生的微小震动信号，以此进行事件的时空定位和震源机制解释，实现对浆液流向的实时、连续、全空间、超前预测、预报。根据微震事件发生的位置一方面可以判断浆液的扩散方向，另一方面可以计算浆液的扩散范围，从而可以模拟分析导水裂隙的发育情况，而且可以根据实时的观测，适当的调节浆液的比重和注浆排量，对注浆的参数选取，具有非常重要的指导意义。

注浆结束后，如果漏失点附近无微震事件的发生或者有少量微震事件发生经分析可以排除的，说明导水裂隙内被浆液所充填，形成一个相对静止平衡的状态，可以认为注浆效果良好；如果漏失点附近仍多次出现微震事件且无法排除外界条件干扰的，说明漏失点附近仍存在扰动，需要结合其他防治水措施进行验证治理，以达到消除水害的目的。

石家庄瑞丰煤业有限公司（原井陉矿务局三矿） 在2002 年9 月20 日采区南侧179 工作面回采91 m 发生底板奥灰水突水，水量10.5 m3/min，后采取地面钻孔注浆技术，直接封堵奥灰顶部岩溶裂隙通道，根据5 号孔放水及注浆期间以及注浆结束后，奥灰含水层内微震事件分布情况，绘制出钻孔放水及注浆人工干扰与奥灰内微震事件个数关系如图6 所示。

图6 钻孔放水及注浆与奥灰内微震事件关系Fig.6 Relationship between drilling hole drainage and grouting and microseismic events in Ordovician limestone

2 月12 日—4 月9 日钻孔放水、注浆期间，奥灰含水层内微震事件频繁出现，最多时一天内微震事件达到12 个之多，而注浆结束后，4 月10 日—5 月31 日，奥灰含水层内不再有微震事件出现。而且奥灰含水层内微震事件多少与钻孔注浆量、注浆压力变化密切相关。充分表明，钻孔放水及注浆对地下水流场的影响及微震事件的产生具有重要作用，人工干扰微震监测技术是一种可与常规放水试验、示踪试验、连通试验相媲美的有效手段。

通过钻孔放水、注浆等人工干扰技术，追踪期间奥灰含水层内微震事件发生的路径、范围、过程，准确刻画出东大巷煤柱采区下方存在的一个奥灰水强径流带位置及范围。该径流带平面上呈SW-NE-SEE 向弧形展布，宽约100～150 m，横贯整个采区，如图7 所示。

图7 奥灰含水层强径流带微震监测成果Fig.7 Microseismic monitoring results of strong runoff zone in Ordovician limestone aquifer

6 结语

注浆效果的不同检验方法适用于不同的环境及条件，应当根据漏失点附近的地质构造以及实际生产情况来选取合适的验证方法，有的方法只作为能简单的验证依据，不能起到很好的检验效果，因此需要配合多种方法多次全面的验证，可以准确的验证漏失点注浆的质量和效果。