新查庄矿煤层底板承压水主要防治方法.doc

新查庄矿煤层底板承压水主要防治方法张建 刘春国 高天顺（山东新查庄矿业有限责任公司，山东 肥城 271612）摘要 山东新查庄矿业有限责任公司是水文地质条件极复杂型矿井，下组煤开采过程中受底板承压水威胁严重，利用底板注浆改造，实施疏水降压等技术措施保证了工作面的安全回采。关键词 承压水 受水威胁 注浆改造 疏水降压 安全回采 1.概况山东新查庄矿业有限责任公司隶属山东鲁中能源集团有限公司，其前身为肥城矿业集团有限责任公司查庄煤矿。新查庄公司下组煤水文地质类型为极复杂型，煤层开采过程中受底板承压水威胁十分严重。自1979年开采下组煤以来共发生底板突水量大于30m3/h的29次，突水量大于300m3/h的7次。其中2006年1月14日，7905工作面回采过程中遇到落差3.6m的断层发生的底板奥灰突水，突水量达1430m3/h，造成工作面被淹，矿井停产，经济损失巨大。因此，搞好矿井底板承压水防治工作是新查公司保障安全生产的首要任务。2.矿井的水文地质特征2.1地质构造新查庄井田东、西、北三面被断层包围，总体为一向北倾斜的单斜构造。井田内断层较多且十分发育，边界断层落差一般大于40m。区内大中型断层落差一般在2040m，采区内3.0m以下的小断层极为发育，其中落差大于20m断层有30条。由于断裂构造十分发育，造成主要含水层水力联系密切，断裂构造是奥灰补给五灰含水层的主要通道。2.2含水层本井田主要影响煤层开采的为本溪群五层石灰岩、奥陶系石灰岩。第五层石灰岩（五灰）：厚5.510.58m，平均8.7m，上距8煤层22.543.18m，平均3234m；距9煤层16.933.02m，平均24m；上距10煤层1437m，一般1620m；下距奥灰1.4114.54m，平均10m左右，为灰色质纯致密厚层状细粒结晶灰岩，岩溶裂隙发育，富水性较强。由于五灰和奥灰间距小，受断裂构造发育的影响，水力联系十分密切，为煤系底盘主要含水层。随着开采标高的降低，矿压对底板破坏深度加大，在综合因素影响下更易发生底板突水，直接威胁着下组煤7、8、9、10煤层的开采。 奥陶系石灰岩（奥灰）：为煤系地层底盘强含水层，厚约800m，岩溶发育不均匀，具有成层性。由于地表出露广泛，直接接受大气降水的补给，动水量十分丰富，平均为2.8万m3/h，由于构造作用，局部区域奥灰水与五灰水存在水力联系，以水平或垂直方式补给五灰。奥灰是威胁下组煤开采的主要含水层。2.3 隔水层井田内隔水层有第四系含砂礓的粘土层、石盒子组粉砂岩及煤系下部粘土岩等。由于受采动影响，矿山压力对煤层底板隔水层具有一定的破坏作用，在构造薄弱地段，地下水则更易克服岩层结构面的阻力，使水压直接作用于煤层底板，更容易造成底鼓而出水。因此，根据矿区的实践证明，开采下组煤尤其是8、9、10煤层，注浆加固煤层底板，改变承压含水层的富水性，增加隔水层厚度是防治五灰、奥灰的最重要的方法。2.4各含水层间的水力联系主要含水层五灰、奥灰之间的水力联系密切。2003年11月27日，8500残采巷揭露一条落差3.0m的断层后，底板滞后出水，最大出水量706 m3/h，稳定出水量683 m3/h，由于该地点水文地质条件复杂，虽然堵水取得一定的效果，目前仍有56m3/h的残流水。出水后相距780m地面奥灰观测孔96水1水位下降。1996年西部矿区联合放水试验时，井下奥灰孔投放碘试剂，相距80m的五灰观4孔9小时后接收到试剂。2006年1月14日7905出水后，相距3100m的地面奥灰孔96水1水位最大降深0.8m，相距760m的WG-15五灰水位最大降深4.0m，相距1160m的WG-14五灰水位最大降深5.1m，相距1160m的WG-12五灰水位最大降深1.5m，通过五灰、奥灰水位变化进一步证明五灰、奥灰含水层之间水力联系密切。 综合上述可以看出：五灰、奥灰含水层在井田局部块段二者联系密切。由于五灰、奥灰含水层之间间距较小，加之井田内地质构造复杂，大小断层发育，在断裂构造复杂地段，五灰、奥灰含水层对口接触，可直接发生水力联系，防治水的治理难度进一步增大。3.矿井水害防治途径新查庄井田直接影响煤层开采的主要是五灰、奥灰含水层。针对五灰的水文地质条件，新查庄公司的防治水专业科技工作者经过几十的努力探索，在虚心学习、借鉴国内、外先进技术和方法的基础上，不断改进和提高，逐步形成了独具特色的对薄层灰岩含水层注浆改造技术。新查庄公司结合华北型煤田水文地质特征，研究发展了大面积注浆改造薄层灰岩防止奥灰水突出的综合治水技术，形成了一套将工作面下伏含水层改造为阻隔水层的技术方法，配套完善了粘土水泥浆注浆改造工艺系统，完成了由防到治、由被动变主动的根本性转变，取得了良好效果。 对于奥灰的防治，以前虽然也做了不少工作，初步开展了一些奥灰突水机理、奥灰水防治等方面的科学研究，但是，由于人们对奥灰的认识程度不高，再加上受科技发展水平的限制，奥灰治理成果方面，有待于进一步研究和探讨。4.主要水害防治方法4.1水文地质条件探查运用钻探、物探等各种勘探手段，查明水文地质条件。查明水文地质条件是一切防止水工作的基础，只有了解了水文地质条件，才可能有的放矢地采取有效防治措施。随着科学技术的进步，许多勘探手段，特别是物探手段发展、进步很快，随着数字化技术推广应用，各种物探技术的准确性、针对性大大提高，为物探技术的推广、普及打下了坚实的基础。在生产过程中，要大力推广新技术、新方法，详细探查各水文地质块段的水文地质条件，了解地质构造发育情况及各含水层的富水性、岩溶裂隙发育情况，然后，采取有针对性的措施进行治理，严格执行“先治后采，治不好不采”原则，确保矿井不出大水。4.2煤层底板含水层注浆改造注浆改造技术是通过对煤层底板含水层进行注浆改造，使浆液在一定压力下沿裂隙运移、扩散、结石、充填含水层，堵塞或缩小导水通道，从而强化、加厚底板隔水层，改变岩体（层）水文地质条件，以防止煤层底板水害事故的发生。注浆改造的作用：一是向含水层中压入浆液，浆液沿着灰岩岩溶裂隙扩散，结石，最后充填，把灰岩中的水“置换”出来，使之不含水或弱含水；二是浆液在注浆压力作用下，通过薄灰沿着含水层补给通道运移扩散，结石，堵塞或缩小导水通道，减少强含水层补给；三是浆液在注浆压力作用下沿着煤层底板裂隙运移扩散，结石，充塞隔水层的导水裂隙，胶结强化底板。因此对含水层注浆能起到改造、封源和加固的作用。 4.3疏水降压疏水降压是利用放水钻孔揭露煤层底板含水层，使承压含水层在人为条件下，形成不同规模的降落漏斗，甚至疏干，以达到安全开采的目的。疏水降压技术是矿井主要的水害防治技术之一煤层底板存在直接或间接含水层，且水压较高，无隔水层或隔水层难以承受矿压和水压破坏，在此条件下，可对含水层进行疏水降压。目前矿井下组煤煤层埋深大，含水层富水性强，水压高，有的达到5MPa以上。在采掘活动中，由于岩层的原始平衡状态遭到破坏，巷道或回采工作面底板在水压和矿山压力的共同作用下，底板隔水层发生变形，产生底鼓及突水事故。新查庄公司通过煤层底板含水层注浆改造，实施疏水降压开采技术手段，2013年共回采受底板承压水威胁的8层煤工作面7个，确保了工作面零突水，采出受水威胁煤量30万t，创造利润6000万元。总之，针对复杂的水文地质条件，只有加大防治水工作