２０１１年第１２期 中州煤炭 总第１９２期 底板综合防 治水 技术在吴桂桥煤矿的应用 李向华。，陈明坡 （１．郑州祥隆地质工程有限公司，河南新密４５２３７１；２．驻马店吴桂桥煤矿有限公司，河南驻马店４６３０００） 摘要：吴桂桥煤矿首采１１２０１综采工作面受二 煤层底板太灰（Ｌ６、Ｌ４）、奥灰水威胁，需对煤层底板含水层进 行防治。通过分析井田地质及水文地质条件，采取了井下物探、底板注浆加固改造、疏水降压等综合防治水 技术对其进行治理，确保了工作面安全回采。 关键词：煤层底板；灰岩含水层；综合防治水 中图分类号：ＴＤ７４５ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００３—０５０６（２０１１）１２—０１２１一Ｏ２ １井田地质及水文地质 吴桂桥井田位于华北坳陷区周口坳陷南缘，淮 阳山字型构造西翼北侧，兼具华北区及秦岭区２种 不同类型的沉积特征。井田范围西起朱庄窑场，东 至张教庄，最长７ ｋｍ，南起付庄、吴桂桥，北至杜庄， 最宽３ ｋｍ，面积约１６ ｋｍ 。该区含煤地层为石炭系 上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组，共分 第三系底砾岩含水层补给，同时太原组下部Ｌ 灰 岩、奥灰作为间接充水含水层，也对其通过断裂构 造、陷落柱、封闭不良钻孔等进行补给。 ２工作面概况 １１２０１综采工作面为吴桂桥煤矿首采面，开采 标高一３８３一一３６７ ｍ，走向长３９７—４１４ ｌ＂ｆｌ，倾斜长 １００ ｍ，平均煤厚３．７ ｍ，煤层倾角６。～１Ｏ。。火成岩 ６个煤组，可采煤层１１层，目前主采山西组二 煤。 由于受火成岩侵入影响，该区大面积二 煤层分为 二 和二 煤层。井田总体构造形态由一宽缓的单 斜及次一级的短轴向斜组成。受区域构造控制，其 构造特征以断裂为主，按走向可分为ＮＮＥ向、近ＳＮ 向、ＮＮＷ向和近ＥＷ向４组，其中以ＮＮＥ向和近 ＳＮ向为主。 呈层状侵入二 煤，将其分为上下２层，１１２０１面即 开采上分层二；煤（图１）。该工作面地质构造简单， 地层 煤岩层 名称 砂质泥岩 柱状 屠厚ｆｍ ，最小一最大、 、蝈 ６．７６—７．７６ ７．２６ 二煤 ７ 叠 砂质泥岩 系 、 ０．２１７一１．８５ １９ ７．５１—２３－３５ １５．１９ —：１＝＿－ 井田西南部低山丘陵灰岩出露区接受降水补给 后，地下水沿单斜构造及北东向断裂向井田深部径 流排泄。降水补给是该区浅层地下水的主要补给水 源，侧向径流补给则是深层地下水的补给水源。地 下水在运移过程中，一部分在地质构造及地形适宜 地段溢出地表，构成天然排泄点；一部分则继续向深 山 炭质泥岩 ＼ 西 ／ １．２—２．２ １．７ 组 二碟 火成岩 ■＿ ３．２８３￣８．１６ ７ｌｌ ４．７３—６．６ ５．７７ 二煤 ， 砂质泥岩 ｋ灰岩 粉砂岩 、 ＩＪ￣１ｌｌ Ｘ２ ．＾２ ８．１ ｌ ｌ２．９９ ９．３６ 垄 ７．１８０～．２１２０． ６ ２．９３—５．２２ ４．０８ 部径流排泄；而区内的矿井、供水水源井则为主要的 人工排泄点。 石 细粒砂岩 炭 ４．０７—７．６５ ６．４３ 系 太 泥岩 ， ＝（ ． 、 ３．４７—３．６ｌ ３．５７ 吴桂桥井田煤系基底为奥陶系碳酸盐岩岩溶含 水层，太原组ｋ灰岩为矿井直接充水含水层，全井 田普遍发育，岩溶裂隙发育不均，富水性较强。其隐 伏露头与上覆第三系底层呈角度不整合接触，接受 收稿日期：２０１１—０７一ｉ０ 作者简介：李向华（１９８２一），男，河北承德人，助理工程师，２００５年 毕业于中国矿业大学，现从事井下防治水工作。 原组 砂 质灰泥岩岩 ， 莛 。 ． ２．８１２３０．—９２３ ６．３ ９ 粗粒砂岩 铝质泥岩 ＼ ７．８２ ／ ０．８２ 鳝 灰岩 雾 ２３０ 图１ 工作面综合柱状示意 ・１２１・ ２０１１年第ｌ２期 中州煤炭 总第１９２期 为一单斜，无大的断裂构造及陷落柱。煤层开采主 要受太原组 灰岩含水层威胁，该层灰岩厚７．８～ １２．６ ｍ，平均厚１０．２ ｍ；上距煤层底板９．０～２４．０ ｍ，平均１５．９ ｒｎ，其间为砂泥岩、煤层、火成岩，均为 隔水层。 灰水位标高一１５ ｍ左右，由于水压大， 煤层底板突水系数Ｔ ＝Ｐ／Ｍ＝０．２９ ＭＰａ／ｍ，远远大 于临界值，因此有必要对该含水层采取预防措 施 。 ３底板水综合防治措施 ３．１井下物探 利用井下瞬变电磁及直流电法对工作面进行探 查，确定Ａ、 、ｃ、Ｄ四个低阻异常区，作为重点改造 区域（图２）。 图２ １１２０１工作面低阻异常区示意 ３．２含水层疏水降压 为了降低煤层底板所承受的水压，先后在工作 面下部的泄水巷中施工４个疏水降压钻孔，终孔层 位均为ＩＪ６灰岩，总疏放水量３００ ｍ ／ｈ以上，ｋ灰水 位标高由一１５ ｍ降至一１２５ ｍ左右。事实证明，ｋ 灰含水层疏放性较好，达到了疏水降压的效果。 ３．３底板注浆加固 其目的是利用井下钻孔对１１２０１工作面底板 ｋ灰岩进行注浆加固，使其变成隔水层或弱含水 层，降低突水概率。该技术已在我国多个矿区广泛 应用。 ３．３．１钻孑Ｌ设计 （１）钻孔布置。利用运输巷、回风巷同时向工 作面施工钻孔，交叉布置；以注浆扩散半径２５—３０ ｍ进行均匀布孔，使加固区域覆盖整个工作面，富水 区加密布置钻孔。为尽可能多地揭露含水层，钻孔 均设计为斜孔。根据经验公式计算底板破坏深度约 １２ ｍ，底板安全隔水层厚度约２５ ｎｑ，综合考虑确定 底板加固厚度为４０ ｍ。 （２）钻场布置。自切眼向外６０ ｍ开始，每隔８０ ．１ ２２． ｍ施工１个钻场，每个钻场内布置６—７个钻孔；钻 场尺寸为５ ｍ Ｘ ３．８ ｎａ×３ ｍ（长×宽×高），支护型 式以锚网索梯梁为主，条件差时使用工字钢棚加锚 索槽钢梁支护。 （３）钻孔结构。一级套管 １０８ ｍｍ，以穿过煤 层下到稳定岩层为止，不少于１０ ｍ；二级套管（２ｊ８９ ｍｍ，不少于２５ ｍ；终孔孔径７５ ｍｍ。２个级别套管 均需进行耐压试验，工作面ｋ灰水压２．４～２．６ ＭＰａ，套管耐压要求达到水压的２．５倍，即压力在 ７．０ ＭＰａ以上，规定压力值持续３０ ｍｉｎ，孔口牢固不 动、周围无渗漏水现象方为合格。 （４）钻孔施工顺序。同一个钻场只能安排１套 钻探设备，１个钻孔施工完毕，再施工下一个钻孔。 为保证注浆效果，注浆孑Ｌ一般要分为３个序次，分３ 遍注浆。先施工第１序次钻孔，钻孔个数不低于钻 孔总数的５０％；完成第１序次再施工第２序次钻 孔，第２序次钻孔个数不低于总孔数的３０％；第１、２ 序次完成后再施工第３序次的检查孔，检查孔的个 数不少于总孔数的２０％。 ３．３．２底板注浆 （１）注浆系统。地面集中建站、造浆，通过副井 输浆管路送至井下，利用注浆孔向含水层注浆，地面 使用粉煤灰水泥浆制浆系统，以最大注浆量、最大扩 散半径、最大限度地充填岩溶裂隙为目的，主要流程 为：地面制浆一注浆泵一地面输浆管路一井下输浆 管路一孑Ｌ口一含水层。每次注浆前进行一次注浆管 路耐压试验，保证压力达到设计终孔压力。 （２）注浆方式。注浆采取渐进式注浆，钻孔出 水１５ ｍ ／ｈ开始注浆，达到终压停注，终压为水压 ２．５倍，之后凝固４８ ｈ扫孔钻进，如此循环，直至达 到设计深度。相邻钻孔在含水层段间距小于５０ ｍ 时，不得同时穿透含水层，以免串浆，若发现跑浆时， 可采取间歇式注浆，间隔时间为２４ ｈ。 （３）注浆材料。以纯水泥浆为主，适当增加粉 煤灰及少量水玻璃，提高注浆效果。水泥对凝胶体 起结构成型作用，采用Ｐ．０３２．５Ｒ普通硅酸盐水泥 或矿渣硅酸盐水泥，占浆液干料的８０％。视各个钻 孑Ｌ情况确定浆液配比，浆液配比保持在１：（１～１．５） 之间，一般先稀后稠 。 （４）注浆参数。注浆量根据含水层裂隙发育情 况确定，采用２ＴＧＺ．６０／２１０型双液调速注浆泵注浆， 泵压在２．０ ＭＰａ以下时采用全泵量（高档位）大量 灌注（泵量为２６０ Ｌ／ｍｉｎ）； （下转第１２８页） ２０１ １年第１２期 ５ 实施效果 中州煤炭 总第１９２期 ６１４ ｍ（煤巷４０１ ｍ，岩巷２１３ Ｉｌ１），比上月增加６４ ｍ， 较同期增加０．９９％。②成本方面。吨煤开采成本 ３９．９２元／ｔ（不包括矿管费用），比计划４０元／ｔ降低 了０．０８元，同比降低０．２％，环比降低２．１％。③安 全方面。６月份查出隐患４ ８３６条，较上月减少隐患 实行验收“六记”原则后，验收员分别对工作 量、安全、质量、用工、用时、用料等进行验收，根据公 开的计分标准，分别对不同工程进行计分；班组组织 生产时，不仅考虑生产任务的完成，而且还注重消除 安全隐患、提高工程质量、减少用工、缩短用时、控制 用料等。这样一来，不仅提高了员工积极性、工作效 ５８３条，降低１０．８％。④质量方面。６月份优质工 程率９８％，比２０１０年的９４％增加了４个百分点。 ⑤工效方面。６月份全员工效实现５．８３９ ｔ／５１２，比 ２０１０年的４．５９１ ｔ／工增加了１．２４８ ｔ／工。 率，保障了工程质量，还实现了安全生产，降低了生 产成本。 实行“六记接评”验收交接模式后，班组在注重 ６ 结语 （１）验收标准的制订要切合实际，按照不同的 工作标准制订不同的验收办法。 （２）计分办法的制订不得脱离员工正常收入、 本班生产的同时，也对后所需要的准备工作做 了安排，尽量减少遗留问题，避免对下一班生产造成 影响，为下一班迅速投入生产提供了保障。实行 “六记接评”交接模式后，原煤产量、生产掘进进尺 工程标准定员，要结合本单位实际情况进行测算。 （３）验收标准与计分办法要以正规程序进行发 均显著增加；安全、质量、工效都得到显著提高。 ２０１１年６月，中泰公司原煤产量：计划产量为 布、公开，使每位员工都能掌握自己岗位的工作标准 与计分细则。 （４）各班验收报表要及时公开，使每位员工了 解自己得分、班组成本、扣分原因等内容。 （责任编辑：郭海霞） （２）钻孔及注浆结束后，由地测部组织工程、调 ｌ４万ｔ，实际生产ｌ５．３８万ｔ（回采煤１３５ ３１７ ｔ，掘进 煤１８ ４５７ ｔ），超计划１３ ７７４ ｔ，完成矿计划的 １０９．８４％，比２０１１年５月增加０．９９万ｔ，较２０１０年 同期增加６９．４２％。①掘进方面。实际完成进尺 （上接第１２２页） 当孔内裂隙发育较差，泵压在 ２．０ ＭＰａ以上时采用中低档灌注（泵量为６０—１６７ Ｌ／ｒａｉｎ），直至达到泵量不大于６０ Ｌ／ｍｉｎ、孔口压力 不低于孔内水压的２．５倍且持续时间不低于３０ ｒａｉｎ 的注浆终止标准。 度、企管等部门人员进行综合验收，确保施工质量。 （３）所有钻孔均进行编号挂牌管理。 ４ 结语 １ １２０１工作面底板注浆加固工程共施工钻孔５１ 个，单孔最大涌水量２００ ｍ ／ｈ，平均４５ ｍ ／ｈ，涌水 量大于１０ ｍ ／ｈ的钻孔占５９％，累计注水泥１２ ２００ 对涌水量５ Ｉｎ ／ｈ以上的钻孔，采用地面注浆站 注浆，注浆量较小时，视情况进行扫孑Ｌ并二次注浆； 对涌水量５ ｍ ／ｈ以下或无水的钻孔，采用井下注浆 泵注浆，注浆结束标准与地面注浆结束标准相同。 ｔ，最大单孔进浆量２ ８０９ ｔ，平均单孑Ｌ进浆量５１４ ｔ。 有效加固厚度：最小２６ ｎｌ，最大６４ ｍ，平均５０ ｎｌ。 回采过程见４个明显出水点，出水量为３～２Ｏ Ｉｎ ／ｈ。工作面总涌水量随采空面积增加而增大，最 终维持在１７０ ｍ ／ｈ左右，基本达到注浆加固目的， 确保了工作面的安全回采。 参考文献： ［１］ 生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局．煤矿防治 水规定［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，２００９． ［２］黄德发，王宗敏，杨彬，等．地层注浆堵水与加固施工技术 ［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版社，２００３． （５）注浆加固效果检验。每个钻场设计钻孔施 工完成后，都布置检查孔检验注浆效果，检查孔数量 不少于２０％，以检查孑Ｌ水量不大于３０ １１１’／ｈ为准， 若大于３０ １ＴＩ ／ｈ则继续打孔注浆。检查孔重点布置 在ＡＢＣＤ四个物探低阻异常区、隔水层较薄地段、含 水层相对富水区及注浆质量相对薄弱地段。 在整个工作面底板加固工程结束后，采用直流 电法和瞬变电磁２种物探手段对加固效果进行检 验，得出效果评价。 ３．３．３施工组织 （１）工作面底板加固工程由矿钻探队负责施 工，业务上受矿地测部管理。 ．（责任编辑：梁郁鑫） １ ２８・
