孙庄矿深部山青煤层防治水技术研究.pdf

收稿日期 2007- 02- 05 作者简介 郭志宏 1972- , 男, 河北邯郸人, 工程师, 1994年毕业 于焦作矿业学院, 现从事水文地质工作。 孙庄矿深部山青煤层防治水技术研究 郭志宏 峰峰集团有限公司 孙庄矿, 河北 邯郸 056200 摘要 依据地质资料, 讨论了大青灰岩与奥灰含水层对孙庄矿深部山青试采面的影响, 并对大青灰岩含水层 进行注浆改造的工作步骤和程序作了详细阐述, 其思路充分体现 查清条件, 以防为主, 疏堵结合, 带压开 采 的综合治理方针。 关键词 防治水; 大青灰岩含水层; 注浆改造 中图分类号 TD745 文献标识码 B 文章编号 1003- 0506 2007 02- 0009- 02 峰峰集团孙庄矿位于峰峰煤田西南部, 因煤炭 储量枯竭, 于 2001年注销矿井生产能力。为缓解矿 井转产的压力, 在集团公司的大力支持下, 孙庄矿借 鉴肥城矿业公司的底板注浆加固改造含水层技术, 试采受奥灰、 大青含水层威胁的深部山青煤层。 1 试采区地质、 水文地质条件 试采区位于孙庄井田南部, 外围轮廓近似椭圆 形, 南北走向长约 1 680m, 东西宽约 1 200m。中间 以 F4断层为界分为上、 下 2个工作面。上工作面掘 进过程中共揭露断层 8条, 主要集中在运输巷中段, 最大落差 5m, 最小落差 02m, 有 2处出伏青水, 水 量分别为 03 , 05m 3 /m in , 平均每百米揭露 175条 断层; 下工作面掘进过程中共揭露断层 21条, 主要 集中在运输巷和运输下山巷, 最大落差 5 m, 最小落 差 02 m, 有 4处出伏青水, 水量最大达 15 m 3 / m in , 平均每百米揭露 214条断层。 山青煤层直接顶板为山青灰岩含水层, 山青煤 层以下 3 5m为伏青灰岩含水层, 因两含水层相距 很近, 水位水质相同, 水力联系密切, 故合并统称为 山伏青灰岩含水层。由于该含水层厚度较小, 补给 条件差, 含水微弱, 以静储量为主, 易于疏干。 影响深部山青煤层安全开采的直接含水层为大 青灰岩含水层, 距山青煤层平均 36 m, 厚 367 712m, 平均 528 m, 岩溶裂隙发育, 富水性较强。 孙庄矿 1988年和 1992年对大青含水层进行了 2次 勘探试验。试验结果表明 奥陶系灰岩含水层对大 青灰岩含水层不仅有侧向补给, 而且有垂向补给, 两 者水力联系密切。现大青含水层水位标高 110m。 奥陶系灰岩含水层为影响深部山青煤层安全开 采的间接含水层, 其为煤系地层基底, 上距大青煤层 底板 20 40 m, 厚度达 584m。根据岩性、 含水性不 同分为 3组 8段, 奥灰水位 1240 m 左右。奥陶 系灰岩水具有集中补给、 长年消耗、 调节储量大的特 点。 试采区煤层底板最低点标高 - 2255m, 承受大 青灰岩含水层水压 357MPa , 突水系数 0157MPa/ m, 已远远超过临界突水系数经验值 006 MPa/m。 因此, 具有突水危险性。尤其试采面构造发育, 这样 当底板隔水层完整性遭受破坏时, 便可引发大青水 的突出。 2 防治水技术 1提前疏放山青、 伏青灰岩水。南翼山青、 伏 青起始水位标高为 - 72 m, 而山青运输石门标高为 - 2255m, 承受水压为 153MPa 。为避免掘进时 山伏青出水, 影响施工进度, 提前采取井下钻孔疏放 山伏青水, 使其水压降至 02MPa以下。 2巷道掘进时, 对可疑地段钻探验证和加固。 山青巷道掘进突水系数 0060 0157MPa/m。虽 突水系数较大, 但由于隔水层较厚, 安全可靠程度较 高, 因而在正常块段山青巷道掘进过程中不进行注 浆加固底板。而对于落差大于 30m断层或隔水变 薄带, 提前 20m 用钻探或物探等手段探测, 对存在 大青突水威胁的地段, 提前打钻注浆改造该段的大 青灰岩含水层, 只有确保无危险后才继续掘进。 9 2007年第 2期 中州煤炭 总第 146期 3采前以物探为先导, 钻探验证、 放水试验为 基础, 查清采场水文条件。山青巷道掘进完成后, 采 用音频电透视手段对工作面底板含水性进行探测。 对探测圈定出的大青富水段及底板隔水层薄弱带, 采用打钻加以验证, 并利用验证孔进行放水试验, 评 价采场底板大青灰岩的富水性、 局部可疏性、 全面注 浆改造的可行性以及与奥陶系灰岩含水层之间的水 力联系情况, 在查清采场水文地质条件的基础上布 置注浆孔, 对大青灰岩含水层进行注浆改造。 4回采前对采场进行注浆加固。注浆孔注浆 前要放水 15 30 m in, 将孔内杂物冲洗干净。注浆 方式采用分段下行式, 一般情况下单孔涌水量大于 20 m 3 /h时即可停止钻进, 开始注浆, 达到注浆结束 标准后停止注浆, 待浆液凝固后扫孔继续钻进, 当单 孔涌水量再次大于 20 m 3 /h时, 下一轮注浆开始。 如此循环, 直至钻孔穿透大青灰岩含水层。涌水量 小于 20 m 3 /h时, 一般 5 10m 分段注浆。 在局部区块内, 为了避免串孔和浆液充分扩散, 打钻和注浆时采取间隔施工的方法进行, 待浆液凝 固后再对遗留的钻孔进行打钻和注浆, 这样既保证 了注浆效果, 同时又对先前的注浆效果进行了检验。 对异常区段进行全面注浆加固, 并采用物探和钻探 相结合的方法对注浆效果进行检验, 对效果不理想 的局部区段应该重新打钻进行补充注浆。 由于煤层底板下 10m 范围内为采动破坏范围, 因此注浆加固的目的层应该为煤层底板下 10m 至 大青灰岩底的含导水构造。 浆液的选择 浆液的配比与浆液的凝胶时间和 注浆效果有着直接的关系。浆液浓度的选择, 采用 由稀∀ 浓∀ 稀的变化过程, 即在注浆初期采用水灰 比 4 1的稀浆, 以充填大青灰岩中的细微裂隙并向 较远的地方扩散; 然后用 1 1的浓浆灌注较宽的裂 隙; 最后再用稀浆弥补脱水硬化过程中残留的细小 裂隙。当在岩溶裂隙发育地段和注浆孔吃浆量较大 时, 应及时增加浆液浓度或在水泥浆中加入 25 30的水玻璃, 混合成双液浆进行注浆。 注浆工艺流程 由于采用大面积注浆改造且大 青灰岩岩溶裂隙较发育, 注浆孔数多, 注浆量大, 因 而采用地面注浆站进行注浆。其流程为 储灰台人 工上料, 经一次搅拌、 二次搅拌后经地面输料孔至井 下注浆管到注浆孔。 注浆结束标准 ∃ 取大青灰岩含水层静水压力 的 15倍即 3 5MPa作为结束压力; 结束吸浆量 一般 20 60 L /m in, 越小越好。即达到结束压力时, 吸浆量在 20 60 L /m in , 稳定 20 30 m in 。而后扫 孔下钻, 进行下一孔段的注浆。注浆结束后, 必须对 注浆孔予以封闭。 5采前再次进行安全评价。注浆改造工作完 成后, 采用音频电透视手段对工作面底板进行重新 探测, 与注浆前物探资料对照, 以检验注浆效果。对 新发现的大青富水段和底板隔水层薄弱带或注浆改 造效果不佳区段, 要重新进行打钻注浆含水层。只 有确保不会发生大青底板突水后方可进行回采。 6工作面回采过程中进行突水监测。虽然工 作面底板注浆加固改造可以增强煤层底板隔水性 能, 提高深部山青煤层开采的安全系数, 但是由于水 文地质条件的复杂性和不可预见性, 仍然不能杜绝 突水事故的发生。基于此, 有必要在工作面回采过 程中, 对工作面底板薄弱区段和受采煤扰动影响较 大的区段进行底板突水实时监测, 及时发现突水征 兆, 保障工作面的回采安全。同时, 研究采动破坏深 度尤其是采动引起的导水裂隙带深度, 为下一步全 面回采山青煤层提供基础资料。 7掘进、 回采过程中要加强水文观测。由于 深部山青煤层开采受其底部大青灰岩水和奥陶系灰 岩水的威胁, 因而必须加强大青、 奥灰水位观测, 掌 握其水文变化规律。在发生突水事故后, 有利于迅 速找出突水水源, 预测突水发展趋势, 及时制定堵水 方案治水, 减少经济损失。 参考文献 [ 1] 中国矿业大学. 峰峰矿务局孙庄矿大青灰岩勘探试验 [ R]. 邯 郸 峰峰集团有限公司, 1992 . [ 2] 煤科总院西安分院. 峰峰矿务局孙庄矿深部山青试采工作面 防治水总体设计 [ R]. 石家庄 河北煤炭工业办公室, 2004. 责任编辑 秦爱新 10 2007年第 2期 中州煤炭 总第 146期