煤層底板的改造工藝研究

　　某煤田煤系基底為巨厚的奧陶系石灰巖含水層，煤層開采時，底板巖溶水往往以數倍以至數十倍于礦井排水能力的水量涌入礦井，嚴重危及著礦井安全生產及工人生命安全。
　　奧陶系灰巖一般富水性強且水頭壓力高，若采用疏水降壓實現安全開采，則疏排水費用太高，浪費地下水資源且經濟上不合理，經長期生產實踐，采取的是積極預防為主的帶壓開采，主要著眼于對隔水層、水壓、水量構造等綜合水文開采條件的認識，通過對奧灰之上的薄層灰巖含水層注漿，改造其富水性，加固底板，封堵水源補給通道，提高阻水能力，形成一定厚度的有效隔水層，從而防止采中、采后突水，實現安全采煤。
　　1、注漿施工工藝流程。采用地面注漿站，通過注漿管路和井下工作面注漿孔地薄層灰巖預注漿，充分利用薄層灰巖的堅固性和巖溶裂隙的可注性，使漿液在注漿壓力的作用下沿著巖層裂隙擴散、沉淀、結石、最后充填巖層裂隙，把薄層灰巖下的水量換出去，使薄層灰巖不含水或弱含水，從而形成完整的注漿系統工藝流程。
　　2、注漿孔布設原則。在工作面上下兩巷，一般按漿液擴散半徑10—30M均勻設鉆孔，力求使漿液在整個工作面或改造范圍內覆蓋率達80%以上。工作面初壓及周壓段，構造發育段、含水層富水段、隔水層變薄區要加密布孔，并使鉆孔盡量與裂隙發育方向垂直或斜交，穿透含水層。
　　3、注漿方式。注漿改造以最大量進漿，最大范圍的擴散，最大限度充填為目的。采用全段連續注漿方式，分孔序連續注漿，直至達到終孔壓力止，如發現工作面底板跑漿，可間歇注漿。
　　4、漿注材料。以粘土為主要原料，在粘土漿中摻加適量的水泥，必要時可摻加少量的水玻璃。粘土是漿液的主要成份，要求具有一定的塑性指數。研究表明，塑性指數15以下的粘土一般均可作為配制漿液的原料，且塑性指數越高，粘土顆粒的分散性越好，造漿的效率越高；水泥是漿液的結構生成結構生成劑，水泥顆粒的水化作用使得漿液具有一定的結構強度，而且漿液結構強度的增長與水泥顆粒水化反應速度有關，水化反應越快，漿液結構強度增長亦越快。雖然普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥都可能用來配制漿液，但一般情況應優先選用425號和525號普通硅酸鹽水泥；水玻璃是漿液的添加劑，它促使水泥顆粒更快地水化，在漿液結構形成過程中起加速凝固的作用。
　　5、泵量與泵壓。根據含水層巖溶裂隙發育程度及泵壓確定泵量。正常情況下，裂隙發育，鉆孔涌水量大，泵壓在2.0MPa以下時，采用全泵量大注量灌注；裂隙發育較差，鉆孔涌水量較水泵壓2.0MPa在以上時，采用中注量，達到接近終孔壓力時采用小泵量。
　　6、單孔注漿結束標準。注漿結束標準常用最終吸漿量、最終壓力和穩定時間三個指標來表示。歸終吸漿量是指注漿至最后時的允許吸漿量。最終壓力一般為不低于孔口水壓的2.3~2.5倍；穩定時間一般為20~30min。實踐證明，注漿壓力越大，漿液擴散范圍越大，對被注的薄層灰巖裂隙充填越飽滿。
　　7、注漿程序。（1）注漿前先對注漿孔放水，將沉淀在孔內的碎石、巖溶裂隙中的填充物沖出，以使裂隙暢通。（2）水灰比、比重、稠度視單孔涌水量及巖溶發育程度確定。（3）注漿過程中要根據進漿、泵壓等情況，及時調整泵量及漿液配比。（4）達到注漿結束標準時，關閉孔口閥門，用清水將管道沖洗干凈，并檢修注漿設備。（5）第一次序孔注漿完畢后，可根據需要布設第二次序孔，用于檢查注漿效果或視薄層灰巖賦水性補充注漿，依次類推。
　　8、注漿方式。注漿的根本目的在于通過充填封堵出水通道及煤層底板裂隙，達到加固底板和增加隔水層厚度、強度的效果。材料以粘土和水泥漿混合液為主，分靜態注漿和動態注漿兩個方面：（1）靜態注漿。漿液通過注漿孔直接進入并充填在薄層灰巖含水層溶洞裂隙及煤層底板裂隙中，先采用濃度較小的粘土漿進行裂隙填充，采用由稀到稠連續注漿方式使混合液通過注漿孔充填到溶洞裂隙中去。以孔口壓力達到孔口水壓的2.5~3.5倍作為充填飽和和終止注漿封堵的標志。（2）動態注漿。由于底板破碎及巷道采面滲水等原因，在注漿孔附近及巷道采面形成水力聯系通道時，需采用動態注漿。首先加大注漿濃度，采取循環注漿方式。若達不到效果則采取特殊注漿，一是采用水玻璃和粘土漿液進行雙液注漿以加快動態情況下漿液的硬化速度；二是根據裂隙及溶洞比較發育，不易填充的實際情況，有針對性地向孔內填塞海帶、粉碎玉米芯、鋸末、刨花、小海棉塊、豆子、砂子等骨料，利用其膨脹系數大的特性，保證充填固結強度。
　　9、注漿改造效果檢查。（1）把實際注漿量與預計注漿量進行比較，看兩者的符合程度。（2）施工檢查孔，取芯觀察其填充膠結情況。（3）從檢查孔水量方面來評價注漿改造效果。
　　（作者單位：雙鴨山礦業集團東保衛礦掘進區）