浅谈下组煤带压开采煤层底板注浆加固及改造工程

摘要：下组煤的开发受到奥陶系灰岩强含水层的威胁，为了解放下组煤，实现安全回采，需要对下组煤采取一定的措施，结合地质情况，采用底板注浆加固的方式，多个工作面的安全回采证实了此方法可以实现下组煤的安全回采。

关键词：带压开采；煤层；底板；注浆加固；改造工程

1.地质概况

葛泉矿东井是新开拓的9#煤试采区，位于葛泉井田东部西油村、大油村一带，距葛泉矿井约2.5km，走向长约2200m，倾斜宽约1900m，面积3.8km2。本区北以F12、F6，南以F13断层为界，北部、东北部均以9#煤露头线为界，相对葛泉井田构成独立抬升的构造块段。本区9#煤赋存较浅，煤层厚度大（4～6m左右），9#煤层至奥灰顶面的隔水层厚达35～55m，一般在40m以上。按本区奥陶系灰岩水水位近十年最高标高+50m计算（2016年10月25日实测+32m），试采区-150水平以上突水系数都小于0.06 MPa/m，属相对安全区。经论证，在对煤层底板隔水层及本溪灰岩含水层进行注浆加固改造并采取带压开采配套防治水措施以后，-150m水平以上具备带压开采9#煤的水文地质条件。

1.1 地层

葛泉井田内发育的地层自老至新依次为奥陶系（中统马家沟组与峰峰组）、石炭系（中统本溪组与上统太原组）、二叠系（下统山西组和下石盒子组，上统上石盒子组）及第四系。

井田煤系地层为石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，有多个可采煤层，主采煤层两个，即上部主采山西组2#、下部主采太原组9#煤，东井区域则主采9#煤。

1.2 工作面煤层及顶底板

煤层呈单斜构造，倾角13-21°，工作面9#煤厚度3-5m，主要由镜煤、亮煤组成，为光亮型煤，硬度中等，煤层呈碎块状，含黄铁矿晶体。偶含黄铁矿结核。煤层中下部含一层稳定的泥质夹矸，距煤层底板2.5m左右，厚度为0.1m左右。9#煤直接顶为粉砂岩，厚度为0.7—3.8m，平均1.5m。煤层底板为铝土质粉砂岩，区内表现较稳定，厚度为4.5-7.5m，平均6m。

2.影响工作面开采的含水层

2.1底砾含水层

砾石成分单一，为肉红色、紫红色石英岩、石英砂岩，砾径10-1000mm不等，充填物为紫红色不等粒砂或含砂粘土。含水层厚度约30m。工作面3个孔水质化验结果：K++Na+为12～20mm01L-1%、Ca2+为53～61 mm01L-1%、Mg2+为27mm01L-1%，Cl-为6～8 mm01L-1%、SO42-为3～11 mm01L-1%、HCO3-为81～91mm01L-1%。

2.2大青灰岩含水层

该含水层直接位于8#煤顶板。根据钻探实际揭露，大青灰岩含水层为灰、浅灰色，隐晶质结构，局部风化严重呈黄泥状。层厚4.0～8.3m，平均厚5.6m。根据工作面2个大青灰岩钻孔水化验结果：K++Na+为22～24 mm01L-1%、Ca2+为53mm01L-1%、Mg2+为23～25mm01L-1%，Cl-为7～8mm01L-1%、SO42-为1～4mm01L-1%、HCO3-为87～89 mm01L-1%。

2.3本溪灰岩含水层

本溪灰岩含水层为浅灰色，局部水蚀成黄色。微晶结构，致密坚硬，比较完整，局部岩芯可见裂隙及蜂窝状溶洞，被泥质和钙质充填。阻水性能中等，层厚6.0～13.7m，平均厚7.9m。工作面3个本溪灰岩钻孔水化验结果：K++Na+为44～60mm01L-1%、Ca2+为39～64 mm01L-1%、Mg2+为1～21 mm01L-1%，Cl-为13～17 mm01L-1%、SO42-为32～59 mm01L-1%、HCO3-为0～40mm01L-1%。

2.4奥陶系灰岩含水层

根据已有的2个奥灰灰岩钻孔水化验结果：K++Na+为22～35mm01L-1%、Ca2+为50～55 mm01L-1%、Mg2+为15～23 mm01L-1%，Cl-为10～14mm01L-1%、SO42-为36～74mm01L-1%、HCO3-为0～54mm01L-1%。

3.煤层底板注浆加固及改造工程

3.1底板加固工程

（1）注漿孔布置原则

1）正常区段采用浆液扩散半径为20m左右，即注浆加固范围内钻孔终孔位置间距40m左右；

2）考虑煤层底板采动破坏深度，注浆加固的目的层为煤层底板下10m至本溪灰岩底板下2m的含导水构造；

3）钻孔裸孔段应尽可能多的穿过注浆加固的目的层段；

4）钻孔方向尽可能垂直于构造裂隙发育方向，以利于浆液向垂直裂隙带扩散；

5）注浆钻孔对物探异常区、断层带的探查与加固；工作面切眼位置、初次来压位置、周期来压位置和停采线附近作为重点加固区段；采用浆液扩散半径不大于15m。

（2）检查补注浆孔布置原则为：

1）对煤层底板裂隙发育区段、物探异常区、预计初次来压位置、断层带附近、陷落柱、停采线附近进行重点检查；

2）工作面检查孔个数控制在不低于20%，且检查孔在兼顾重点区段的基础上均匀分布；

3）对单孔涌水量较大的区段及钻孔密度较小的区段进行检验；

4） 单孔涌水量小于10m3/h，视为达到检查标准。

（3）注浆孔布置

1）钻孔结构

注浆孔单孔由孔口管（Ф108）、止水套管（Ф89）和裸孔注浆段（Ф75）组成，裸孔注浆段长度和钻孔倾角及孔口管、套管长度在符合相关规程的基础上，因钻孔位置岩性、水压以及初见水量大小而不同，止水套管埋深在煤层底板下6～10m，终孔位置为穿过本溪灰岩底2m。

2）工程布置

工作面底板注浆加固主要通过两巷钻窝进行。

3.2 注浆系统及注浆工艺

根据东井注浆量大、注浆范围广、注浆时间长等实际情况，选用了井上下联合注浆系统，其主体是地面注浆站，该注浆站具有风动下料、射流造浆、制浆过程自动跟踪控制，水泥注浆量自动计量、注浆密度自动监测等优点。

采用下行式分段注浆方式，注浆之前先进行压水试验，根据压水试验结果计算注浆段单位吸水量，然后确定浆液配比与浓度后进行注浆。

4.结束语

通过实施底板注浆加固，增强了底板的隔水性，使原本不导含水的地质构造不具备导含水的可能，实现了下组煤的带压开采。

参考文献：

[1]闫英强李德强. 葛泉矿东井冲积层煤柱设计优化[J].2013（11）.

[2]李德强. 葛泉矿东井突水水源快速判别技术研究与应用[D].河北工程大学.2010.6.

[3]李德强. 葛泉矿东井-150m至-300m水平下组煤开采可行性研究. 河北煤炭.2013（02）.

[4]葛泉矿铁路保护煤柱的优化设计[J]. 庞红民. 河北煤炭. 2009（03）.