隔水层岩性对底板含水层注浆改造的影响

摘要：本文根据焦作矿区煤层底板隔水层岩性组合的不同条件，详细介绍了在不同的岩性组合对工作面底板突水的影响，提出了切实可行的应对措施，取得了巨大的经济效益和安全效益。

关键词：隔水层 岩性组合 注浆改造

1 焦作矿区水文地质概况

焦作矿区位于华北煤田南端，太行山南麓，矿区北部出露约1800km2的奥陶系灰岩，奥灰岩溶水水量十分丰富，水文地质条件极为复杂。开采的主要是二叠系山西组二1煤，煤层距底板含水层L8灰岩20～40m、L2灰岩70～80m、O2灰岩100～120m，受矿区内发育的中小断层影响，L2灰岩与O2灰岩水同源、同压。L8灰岩平均厚8m左右，富水性强，是二1煤层的直接充水含水层，L2灰岩与O2灰岩水通过倒灌L8灰岩而发生恶性突水事故。因此，在突水危险区回采工作面，均对L8灰岩进行底板含水层注浆改造。

2 底板含水层注浆改造的原理

底板含水层注浆改造技术是近几年来兴起的一项注浆堵水技术，主要是通过对底板含水层进行打钻注浆，注浆高压使浆液充分在含水层的岩溶裂隙中扩散，将岩溶裂隙中的水置换，使强含水层变为弱含水层或隔水层。焦作矿区大多是对L8灰岩含水层进行注浆改造，采取均匀布孔的原则，尽量使钻孔垂直于构造裂隙的方向，能多斜穿L8灰岩裂隙。套管下至L8灰岩顶板5m左右，条件允许的情况下，尽量提高注浆压力，至少为L8灰岩水压的2.5～3倍，注浆材料选用粘土水泥浆。

3 隔水层的岩性组合

焦作矿区二1煤层的底板隔水层厚20～40m，岩性主要为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂岩和L9灰岩组成，但每个采区的岩性比例却不尽相同。有的地区砂岩的比例比较大，比如古汉山矿的11采区，其砂岩厚度局部占隔水层厚度的55%以上。方庄二矿的23采区，其砂岩厚度平均占隔水层厚度的60%以上。而演马庄矿的22采区、九里山矿的14、11采区，其砂岩厚度平均占隔水层厚度比例不到40%。

4 突水经过

2009年5月，方庄矿的23052工作面在回采到距停采线100m左右的位置时，发生底板突水，最大水量5.0m3/min。该工作面为中层工作面，顶层工作面回采前已进行了底板含水层注浆改造，未发生突水。2005年6月，古汉山矿11091工作面回采时发生底板L8灰岩突水，水量最大为2.6m3/min，到2007年12月，11092中层工作面回采时，最大水量达到26m3/min，L2灰岩水位下降，该工作面接受了深部含水层的补给。这两个工作面的突水，都是中层突水量比顶层突水量大，其隔水层中砂岩均占到隔水层厚度比例的60%以上。

2006年6月，演马庄矿22061工作面回采到40m时，由于矿压的作用，发生底板突水，最大水量为20 m3/min。2009年5月，当中层22062工作面回采时也发生了突水，但最大水量只有6.0m3/min，突水水源均为L8灰岩水，没有深部水的参与。该工作面隔水层中砂岩占隔水层厚度的比例不到40%。

5 隔水层岩性对底板含水层注浆改造的影响

纵观以上突水情况，在底板隔水层岩性组合中，砂岩比例大的区域，工作面中层回采时易发生突水，且往往比第一次的突水量大，相反，砂岩比例小，泥岩比例大的区域，工作面中层回采时一般不会发生突水。经分析研究，可能存在以下两个方面的因素。

5.1 由于砂岩是脆性岩石，质地坚硬，不易发生底鼓变形，但其破坏深度大，顶层工作面注浆改造时，注浆的高压将L8灰岩含水层的水顶回到L8灰岩底板以下，这使L8灰岩底板所承受的压力远大于正常的水压，顶层工作面回采时，隔水层所受的破坏深度较小，没有影响到L8灰岩含水层，不会发生大的突水事故，而中层工作面回采时，随着底板破坏深度的增加，砂岩形成的垂直裂隙进一步延伸，有效隔水层的厚度减小，强度承受不了L8灰岩底板高压水的冲击，产生新的导水通道而发生突水。如古汉山矿的11092工作面，顶层回采时水量仅2.6m3/min，中层回采时水量达到26m3/min。

5.2 顶层工作面回采时，由于底板砂岩垂直裂隙发育，注浆钻孔的套管阻隔了浆液在砂岩层中的充填，砂岩水通过导水裂隙涌入工作面，回采后，顶板塌落，重新将底板砂岩裂隙压实，形成新的隔水层。当中层工作面回采后，再一次将隔水层破坏，由于砂岩水的补给有限，与下部强含水层水压的压力差增大，底板含水层的水就突破隔水层的薄弱带而涌入工作面造成突水事故。如方庄二矿的23052工作面，顶层回采时水量仅2.0m3/min，中层回采时，却突水5.0m3/min。

6 结论

6.1 底板隔水层岩性组合中砂岩占比例大的区域易发生垂直导水，中层工作面回采时突水的可能性大。

6.2 由于砂岩裂隙发育，在底板注浆改造时应对砂岩层进行注浆加固。

6.3 注浆钻孔的终孔位置尽量布置在L8灰岩底板下20m以下的岩层中，以增加隔水层的厚度。

6.4 注浆时在条件许可的情况下尽量加大注浆压力，增加注浆量。

6.5 在注浆前期，加大浆液中粘土的比例，不仅可以增加浆液的扩散半径，而且可以提高岩石的柔韧性。

参考文献：

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