注浆改造厚含水砂层提高开采上限技术及应用

为了实现在厚松散含水砂层下留设防塌煤(岩)柱以提高开采上限,研究厚含水砂层区域注浆改造技术.以安徽淮北五沟煤矿 1010-1工作面第四含水层(简称四含)下提高上限开采为目标,通过理论计算、注浆材料配比实验和原位注浆试验,对改造范围和层位、注浆材料的适用性、不同深度的浆液配比、钻孔布置方式和注浆方法进行分析,并通过取心测试、水文地质试验和井下钻孔验证对注浆效果进行检验.结果表明:五沟煤矿四含改造区域松散含水砂层底部无黏土,且在有含水风化基岩条件下,提高上限开采需同时注浆改造松散砂层和风化基岩;粉煤灰-水泥浆较石膏-水泥浆具有更好的体积稳定性,粉煤灰掺量 20％～50％的粉煤灰-水泥浆结石率大于 98％,且有较稳定的凝结强度,能够满足砂层劈裂注浆的需求,风化基岩采用纯水泥浆或 10％以内掺量的粉煤灰-水泥浆,基岩之上 2 倍采高的砂层注入 10％～20％掺量的粉煤灰-水泥浆改造后充当保护层,上部采用20％～50％掺量的粉煤灰-水泥浆进行充填压密,粉煤灰掺量随注浆深度递减;注浆终压可在最浅部砂层注浆劈裂压力的基础上,按地层压力和孔隙水压力梯度 0.3 Mpa/10 m增加;泄压诱导注浆可有效控制浆液的劈裂扩散方向,浆液最大扩散距离达到 89.5 m;注浆后砂层和风化基岩完整性显著提高,岩(土)体试块强度提高 2～5倍,注浆将砂层改造为富水性弱、极微-微透水的隔水层,可实现留设防塌煤(岩)柱提高上限开采.