文/張軍琪

澄合礦區(qū)西部井田，隨著開采水平不斷延伸和開采范圍的不斷擴(kuò)大，承奧灰水開采的水壓不斷升高，水文地質(zhì)條件變得愈來愈復(fù)雜，突水威脅愈加嚴(yán)重。井田+320m以下煤層均受奧灰水威脅，大量優(yōu)質(zhì)儲量亟待解放，如不采取有效措施解決水患威脅，將導(dǎo)致礦區(qū)可采儲量減少，產(chǎn)量連年下降，直接影響礦區(qū)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

一、煤層底板注漿技術(shù)在澄合礦區(qū)應(yīng)用的必要性

1.水害壓煤

澄合礦區(qū)西部井田均為水文地質(zhì)條件復(fù)雜礦井，東部礦井深部開采也受水患威脅。礦區(qū)井田充水水源為煤系基底奧陶系石灰?guī)r巖溶水，距開采煤層很近，為強(qiáng)含水層，水壓高。礦區(qū)受水患威脅儲量高達(dá)億噸，造成大量儲量不能解放，排水費(fèi)用連年提升，經(jīng)濟(jì)效益低下，礦井抗災(zāi)能力大為降低，直接威脅礦區(qū)的科學(xué)發(fā)展，安全發(fā)展。

2.突水現(xiàn)狀

西部井田在+320m以下開采中均發(fā)生過突水,其中董礦井田較為嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，有3個采煤工作面在回采中突水，2個面被淹，不得不強(qiáng)排回采，而且甩掉了大量的回采煤量，造成礦井生產(chǎn)接續(xù)緊張。回采時突水急速，水量達(dá)150～200m3/h，采面第一次突水都在初采期間，給安全回采帶來嚴(yán)重威脅，礦井雖然實(shí)施了多項(xiàng)綜合防治水工作，但對復(fù)雜含水層富水性強(qiáng)的地區(qū)治理效果不明顯，巨額排水費(fèi)用也難以承受。

綜上所述，在澄合西部井田應(yīng)用底板含水層注漿加固技術(shù)，再造隔水層這一新技術(shù)十分必要，也十分迫切。

二、底板注漿改造技術(shù)在西部井田應(yīng)用的可行性

煤層底板注漿改造技術(shù)就是沿工作面兩順槽向工作面大面積布置注漿鉆孔，通過注漿鉆孔注漿來充填底板含水層的巖溶裂隙和導(dǎo)水裂隙，從而大大減弱含水層的富水性，并切斷水源補(bǔ)給通道，使受注含水層改造為不含水或弱含水層，同時增強(qiáng)了煤層底板隔水層強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)不突水開采。

1.煤層底板巖層及導(dǎo)水性分析

西部井田深部煤系地層為海陸相交互含煤沉積，5#煤底板距奧灰頂界面間距一般在18～44m，平均32m，5#煤直接底為K3石英砂巖，裂隙發(fā)育；其下為深灰色粉砂巖、薄層煤及石英砂巖和粉砂巖互層；再下為K2灰?guī)r，多數(shù)被石英砂巖沖刷，相變?yōu)樯皫r；其下為10#煤，不可采，再往下為K1鋁土巖，厚度不均勻，0.5～10m 不等，多數(shù)在1m以下。由于K1鋁土缺失或較薄，可使奧灰承壓水導(dǎo)升到K2，雖然灰?guī)r無巖溶構(gòu)造時有一定隔水作用，但多數(shù)被石英砂巖沖刷，其隔水作用喪失。K3由于裂隙發(fā)育，回采中又受采動壓力破壞，裂隙更為發(fā)育，這樣煤層到奧灰頂界面無隔水層，奧灰?guī)r溶水通過裂隙導(dǎo)升至K3，形成突水。

2.再造隔水層可行性分析

從5#煤底板地層分析和多年來地質(zhì)資料表明，5#煤距奧灰頂界面很近，平均厚度32m，多數(shù)在28m上下。礦壓觀測西部井田回采底板破壞深度8～10m，也就是說減去底板破壞深度的8～10m，仍有18～20m可作為注漿改造堵塞導(dǎo)水通道的足夠距離，加之注漿對直接底板K3的加固改造，阻水作用提高，完全能夠再造隔水層或弱導(dǎo)水層，從而防止奧灰水的突出。

3.新型注漿材料經(jīng)濟(jì)可行性分析

隨著注漿技術(shù)不斷探索和發(fā)展，注漿材料經(jīng)歷了單液漿到水泥、粘土、水玻璃等多元材料的發(fā)展過程，水泥粘土漿注漿成本低、來源廣、漿液流動性好，懸濁不沉淀，膠結(jié)性能好，充填效果佳，改造質(zhì)量高，經(jīng)濟(jì)可行。

4.新型物探手段助推注漿改造技術(shù)成功應(yīng)用

直流電法探測已在澄合礦區(qū)應(yīng)用多年，通過對多個工作面的探測，證實(shí)探測灰?guī)r富水帶和巖溶發(fā)育帶比較準(zhǔn)確。通過探測，一方面可以了解底板含水層裂隙分布情況，確定富水地段，指導(dǎo)注漿孔合理布置；另一方面為檢驗(yàn)注漿效果提供了驗(yàn)證手段，保證了注漿改造技術(shù)的應(yīng)用。

綜合以上因素，在澄合西部井田實(shí)施煤層底板注漿改造，再造隔水層是可行的，應(yīng)積極推廣，破解奧灰水防治的難題。

三、底板注漿改造施工方法

1.注漿施工工藝

地面設(shè)制漿站，通過注泵管路將漿液送至工作面兩順槽，通過注漿鉆孔對底板注漿，充分利用K3、K2的堅(jiān)固性和巖溶裂隙的可注性，使?jié){液在注漿壓力的作用下沿著巖層裂隙擴(kuò)散、沉淀、結(jié)石、膠凝，達(dá)到充填巖層裂隙，置換巖層裂隙水的目的，使含水層不含水或弱含水，從而完成再造隔水層的注漿工藝流程。

2.注漿孔布設(shè)

在工作面兩順槽及開切眼內(nèi)每60～100m設(shè)一鉆場，按漿液20～60m擴(kuò)散半徑要求布孔，力求漿液在整個富水地帶改造范圍覆蓋率達(dá)到90%以上，工作面初采地段、構(gòu)造裂隙發(fā)育帶、斷層帶、隔水層變薄帶加密布孔，使鉆孔盡量與裂隙發(fā)育方向垂直或斜交，穿透含水層。

3.注漿方式

注漿改造采用分孔序連續(xù)注漿方式，直至達(dá)到終孔壓力，鉆孔不吸漿為止。注漿時，盡力達(dá)到最大量進(jìn)漿、最大范圍擴(kuò)散、最大限度充填的目的。

一般初期注漿采用濃度較小粘土漿注漿，并使?jié){液由稀到稠連續(xù)注漿，保證其流動性和擴(kuò)散性，使?jié){液最大限度擴(kuò)散至最遠(yuǎn)裂隙。當(dāng)孔口壓力達(dá)到6Mpa時充填飽和，終止注漿。

由于底板破碎及巷道采面滲水等原因，在鉆場、巷道、采面與注漿孔發(fā)生水力聯(lián)系時，需采用動態(tài)注漿，首先用稠濃度漿液注漿，采用循環(huán)注漿方式，仍達(dá)不到防止跑漿、漏漿目的時，則采用特殊注漿方式，一般采用多液漿注漿，以加快漿液的硬化速度。根據(jù)裂隙發(fā)育不易充填的實(shí)際情況，有針對性的向鉆孔內(nèi)充填鋸末、海帶粉、刨花、砂子等骨料，利用其膨脹系數(shù)大的特性，保證充填固結(jié)強(qiáng)度，堵漏后實(shí)施正常注漿。

4.注漿材料

粘土是注漿的主要材料，消耗量大，是漿液的主要成分。要求具有一定的可塑性，粒度小，漿液流動性好，附著后有膠凝性，塑性越好，粘土的顆粒分散性越好，越易于制成懸濁液，不易沉淀，造漿效率高，注漿效果好。

5.注漿中的注意事項(xiàng)

（1）注漿前洗孔30～60分鐘，將沉淀在孔內(nèi)碎石，裂隙中的充填物沖出，使裂隙暢通。

（2）水灰比、粘稠度要按單孔涌水量及巖溶裂隙發(fā)育程度確定。

（3）注漿中要根據(jù)進(jìn)漿、吸漿情況及時調(diào)整泵量及漿液配比。

（4）一般情況下應(yīng)連續(xù)注漿，注漿質(zhì)量才有保證。

（5）注漿結(jié)束，需及時用清水將管路沖洗干凈，防止?jié){液沉淀在管路內(nèi)，堵塞管道，保證管路通暢。

（6）要設(shè)專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)注漿工作，觀測詳實(shí)，保證注漿全過程按流程進(jìn)行。

四、注漿效果

澄合西部井田按照上述注漿工藝注漿加固改造底板，再造隔水層，經(jīng)多次井下電法探測驗(yàn)證，90%均達(dá)到高電阻區(qū)，表明煤層底板由高富水性巖層變?yōu)槿鹾虿缓畮r層，有效防止了突水。實(shí)踐證明，底板注漿加固，再造隔水層這項(xiàng)技術(shù)的探索和應(yīng)用，取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益，為澄合礦區(qū)解放承壓儲量，保證礦井帶壓開采安全探索出了一條成功之路。