奥陶系灰岩含水层注浆改造可行性研究与应用

奥陶系灰岩含水层注浆改造可行性研究与应用
摘要：通过对奥陶系灰岩含水层突水机理、突水规律、岩石成份微观分析及矿压水压综合作用下水动态变化规律的综合研究，提出了对奥陶系灰岩含水层顶部50m含水层段进行注浆改造的治水思路，并将其付诸实践，取得了很好的治理效果，确保了太原组煤层的安全开采。

关键词：奥陶系灰岩；注浆改造；钻孔探查
1 概述
华北型煤田开采过程中，受底部奥陶系灰岩含水层高承压水的严重威胁，历史上曾发生多次奥灰含水层突水事故，给国家和人民生命财产造成重大损失。

近年来，随着开采深度的不断延深，威胁日益严重，已严重制约了开采华北型煤田矿山企业的健康发展。

如何对奥灰含水层进行有效治理，防范太原组煤层开采中的突水事故，已成为一个迫在眉睫的技术难题。

肥城矿区是全国有名的大水矿区，近年来，通过对奥陶系灰岩含水层突水机理、突水规律、岩石成份微观分析及矿压水压综合作用下水动态变化规律的综合研究，提出了对奥陶系灰岩含水层顶部50m含水层段进行注浆改造的治水思路，并将其付诸实践，取得了很好的治理效果，确保了太原组煤层的安全开采。

2 奥陶系灰岩含水层富水规律研究分析
奥灰含水层位于煤系地层底盘，厚810m左右，在肥城煤田内埋藏较深，在煤田外围的南部山区大面积出露，面积约260km2，直接接受大气降水的补给，补给量约2.8万m3/h，是煤系各含水层的主要补给水源。

直接威胁着太原组煤层的安全开采。

通过钻孔探查，室内岩芯岩样鉴定，对奥灰岩层的结构、含水特征、成岩及矿物组合特征等分析研究。

考虑沉积特征，将奥灰自下向上划分为4组8段。

其中亮甲山—冶里组2段，厚73.93m；下马家沟组3段，厚377.04m；上马家沟组2段，厚156.09m；峰峰组2段，厚203.94m。

峰峰组上段厚154.68m，其中上部32.81m为较弱含水层的溶蚀风化充填带，下部92.2m为硅质泥质白云岩夹白云质泥岩，富水性弱，可视为相对隔水层；中部29.67m富水性较强。

3 奥灰注浆改造钻孔设计和布孔原则
3.1 钻孔结构，奥灰注浆钻孔采用三级套管结构
其中：一级孔口管为Φ127mm，长5m；二级套管Φ108mm，一般在35m～55m，主要是隔离开主要开采煤层；三级套管Φ89mm，长度一般在75m～90m，要下到奥灰顶部本溪组粘土岩中，主要是隔离徐家庄灰岩与奥陶系灰岩两个含水
层，防止人为连通两个主要含水层。

3.2 钻孔布孔原则
奥陶系灰岩注浆钻孔一般布置在8煤、9煤和10Ⅱ煤巷道内，钻孔多选择在工作面的上下顺槽及切眼中，成组布设，扇形布置，工作面形成后，要先对工作面底部进行电法勘探，找出突水和构造薄弱区域。

根据物探资料和现场分析情况，编制工作面《奥陶系灰岩注浆改造设计》。

4 奥陶系灰岩含水层注浆改造参数确定
工作面注浆改造时利用地面注浆站造浆，采用NBB-260/7型泥浆泵压浆，通过Φ73mm送浆孔及直径60mm送浆管送至井下工作面各钻孔。

注浆前先对注浆管路做耐压试验，管路耐压不低于8.5MPa，持续时间不少于30分钟。

管路打压合格后，先压清水20分钟，再开始注浆。

各钻孔严格按施工、按序次注浆，采取连续注浆方式，粘土浆比重为1.12～1.18，粘土水泥浆比重为1.22～1.38。

泵量一般先用泵量106L/min，当孔口压力升到8.5MPa时，换用泵量80L/min注浆，直至孔口压力达到8.5MPa时方可终止注浆，进行封孔。

5 效果评价
白庄煤矿先后对8109 、8802 、8804、8806、8807、8107等六个工作面实施了奥灰顶部注浆改造技术。

共施工奥灰注浆钻孔252个，总工程量35280m，注水泥13000t，粘土28000t，解放受水威胁储量240万t，现已安全采出受奥灰水威胁煤炭200万t。

为确保奥灰顶部注浆效果，防止浆液沿奥灰主要含水裂隙不断流失，降低注浆成本，控制浆液扩散范围，在工作面进行奥灰注浆改造前，先在运中或出口施工1～2个奥灰放水孔，先期作为打钻供水水源孔，注浆时，作为浆液引流钻孔，人为控制浆液流向，在确保注浆改造注浆效果基础上，努力降低注浆成本。

参考文献：
[1]桑红星，王则才著.《肥城矿区岩溶水害防治实用技术及突水案例》[Z].
[2]王则才著.《肥城煤田奥灰岩溶水害防治技术》[Z].。