煤矿底板奥灰水害地面区域治理目的层论证分析

煤矿底板奥灰水害地面区域治理目的层论证分析奥陶系灰岩含水层因富水性强、水压高一旦在采煤过程中与煤层底板裂隙导通极可能引发突水事故开瞬间释放的巨大水量会淹没井下作业空间开严重危及安全同时对煤矿生产设备、巷道等造成毁灭性破坏刑给煤矿带来巨大经济损失1-3本研究聚焦煤矿底板奥灰水害地面区域治理目的层抉择开为煤矿在奥灰水害地面区域治理时选定目的层提供理论支撑与实践指导用1工作面水文地质情况2205工作面煤层底板直接充水水源为太原组上段灰岩岩溶承压水间接充水水源为太原组下段灰岩岩溶承压水、奥陶系马家沟组灰岩岩溶承压水#太原组上段灰岩岩溶裂隙不太发育富水性弱开对工作面回采不会构成威胁用太原组下段灰岩主要由L,-L,石灰岩组成平均厚15m用该层为岩溶裂隙承压水开含水层富水性弱导水性不强#上距二，煤层平均52m开中间夹有两个隔水层属二，煤层底板间接充水含水层奥陶系灰岩距二，煤底板平均75m开水压3.6～4.6MPa突水系数0.057～0.069MPa/m属二，煤层间接充水含水层由于该含水层富水性强、水压高工作面在回采过程中如遇导水构造、裂隙发育时极易造成突水事故2工作面地面区域治理设计超前治理开矿井在2205工作面开展地面区域治理工程治理范围为工作面走向1100m倾斜长260m开治理面积约28万m²用二，煤层底板隔水层承受的水压为4.3～5.2MPa开底板隔水层厚度为75m开突水系数为0.057～0.069MPa/m#根据设计方案开该工程设计1个孔组包含1个主孔、8个孔钻探进尺9585m用经过计算开选取奥灰顶界面以下10～15m作为目标治理层段开孔间距60m#工程布置如图1所示3工作面主要地层层厚与层间距根据邻近钻孔资料7208孔、7003孔、7303孔3个与工作面之间有7003孔和7303孔揭露奥灰地质钻孔统计见表1#太原组下段灰岩L,-L2(C3b)本溪组铝质泥岩(C3b)奥陶系灰岩(O2m)顶界面埋深(m)顶界面埋深(m)太原组下段灰岩L₁-L2(C³b)本溪组铝质泥岩(C3b)奥陶系灰岩(Ozm)顶界面埋深(m)顶界面埋深(m)根据以上地质钻孔及地面区域治理探查孔实揭地4治理目标层选择通过对矿井水文地质条件研究分析，矿井主要水害威胁为工作面底板奥陶系灰岩岩溶裂隙水。治理区内煤层底板标高为-215～-125m,矿井近三年奥灰水水位标高最大值为241m,二1煤层底板隔水层承受的水压为依据《煤矿防治水“三区”管理办法》规定：对底板水威胁区域“采取地面区域治理、井下注浆加固底板或者改造含水层、疏水降压、充填开采等防治水措施的，突水系数T≤0.06MPa/m并经评价合格的”划定为可采区。为满足矿井生产要求，需将突水系数降5地面区域治理施工情况为准确掌握奥灰层厚及夹层发育情况，施工探查孔进行地质探查，根据探查资料，实揭奥灰层厚38m,二1煤层实际隔水层厚度为85m。施工期间，对岩屑收5.21-1水平分支孔施工1-1孔施工孔深1590m,总注浆量4845t。施工期间，按施工方案要求每200m进行一次注浆，累计注浆6次，第1～3次基本为每钻进200m进行注浆，钻孔漏失量均小于10m³/h,总注浆量1892t;第4～6次均漏失量大于60m³/h,总注浆量2953t。为保证1-1孔沿目的层钻进、控制奥灰层间距变化，设计在1387～1607m段上挑穿铝土层，预计在根据以上漏失点注浆情况分析，本次注浆量大原①1-1孔钻进期间揭露奥灰裂隙发育不均一，构造影响段及奥灰顶界面裂隙较为发育，可注性好，且奥灰层厚平均38m,属厚层灰岩，且下部无隔水层，存在注浆向下无效扩散，是目前注浆量大主要原因。②1-1孔位于2203工作面采空区下部，回采后对底板存在一定扰动，对注浆量可能存在影响。③2205工作面四邻工作面均未对奥灰上部进行注浆改造，1-1分孔为区域治理施工第一个钻孔，钻孔在奥灰段注浆扩散距离远，是注浆量大原因之一。6治理层位论证分析6.1.1工作面突水系数矿井近三年奥灰水位标高最大值为241.15m(2022为+218.81m。固后，工作面底板隔水层厚度不变，突水系数为6.1.2治理层位跟层控制选取太原组下段L₁-L₂灰薄层灰岩为治理目的层位，该层平均层厚8m,上下层为泥岩、铝质泥岩，岩粉鉴定特征和伽马值差别明显，层位容易判断，可以保证6.1.3地层可注性分析选取奥灰顶界面以下10～15m作为治理目的层位，该含水层富水性不均一，根据目前施工情况，奥灰层厚平均38m,属厚层灰岩，且向下部无有效隔水层，存在注浆向下无效扩散问题。在钻进过程中，存在钻②治理层位太原组下段L₁-L₂灰岩选取太原组下段L₁-L₂灰岩为治理目的层位，该含水层水文地质条件属于弱富水性、补给量小，岩溶裂隙发育中等。③两种治理目的层选择分析治理目的层为太原组下段L₁-L₂灰(模式一：全封闭),厚度有限，顶底有界，浆液在顶底界内顺层扩散，加固效果较好。治理目的层为奥陶系灰岩(模式二：半封闭),较√厚度有限，顶底有界√浆液在顶底界内顺层扩散现主孔二级套管下至693m,进入奥灰5m.若治理层位改为治理层位太原组下段L₁-L₂灰岩，根据位置关系，1-2孔部分段需上挑进入目的层，顺层钻进期依据《煤矿防治水细则》第七十三条(三):“注浆加固底板或者改造含水层结束后，由煤炭企业总工程师组织效果评价。采煤工作面突水系数按附录五(附5-2计算，不得大于0.1MPam。"依据国家矿山安全监察局《煤矿防治水“三区”管理办法》(矿安(202285号)第十二条(三)规定：对底板水威胁区域“采取地面区域治理、井下注浆加固底板或者改造含水层、疏水降压、充填开采等防治水措施可采区。第十二条(二)规定：厚隔水底板(>80m条件下底板完整或者经两探未发现水文地质异常、突水目前，多部门执法检查中均将《煤矿防治水“三区”管理办法》执行情况作为检查项目。根据此文件要求，2205工作面地面区域治理需选取奥灰顶界面以根据目前1-1孔施工情况，现钻进每米注浆量为5.4tm,由于该孔在2203工作面采空区下部且该孔位钻孔注浆量为现阶段70%总注浆量35066t,注浆费用1780万元，2205工作面水害治理合计费用3480万元，解放煤量174万t,吨煤成本为20元。孔施工情况，奥灰顶界面风化带注浆量占总注浆量51%,预计钻孔注浆量为奥灰孔30%总注浆量为从已有的施工数据看，若采用奥灰顶界面下10~15m作为治理层位，虽然在理论上加固后突水系数能满足要求，但在施工中，1-1孔出现注浆量大的情况。这不仅增加了注浆成本，还可能延长治理周期。大量的注浆量意味着浆液在奥灰层中扩散情况复杂，存在向下无效扩散问题，说明该层位注浆的可控性较差。若将注浆目的层优化为太原组下段L₁-L₂灰岩，采用高压劈裂注浆方案具有明显优