底板注漿改造技術在趙樓煤礦619工作面的應用

鄭允建

（淮北市烈山區趙樓煤礦，安徽 淮北 235058）

一、工程概況

趙樓煤礦619工作面回采到距離停采線90m左右位置，工作面底板出水。根據淮北礦區地質和水文地質特征分析，619工作面底板出水可能與煤層底板下部賦水太遠群灰巖層有水力聯系。為了確保剩余工作面煤層的安全回采，趙樓煤礦委托徐州中地物探科技新技術開發有限公司于2010年10月24日，采用瞬變電磁法在619工作面材料巷和運輸巷內對工作面底板灰巖水進行探測，探測結果發現在工作面底板20m以下有一個異常區，這一異常區主要是砂巖、泥巖及太灰群灰巖，其形態為上小下大的椎體，水地質特征表現為初始階段出水量較小，后期有可能發生較大的突水，嚴重時有可能造成淹井傷人事故。這一點在皖北礦區的界溝煤礦和五溝煤礦都發生過類似現象，所以絕不能忽視，應該引起高度重視。要想安全的回采619工作面的剩余煤量，根據《煤礦防治水規定》必須對工作面底板“異常區”進行綜合治理，徹底消除619工作面底板灰巖水的安全隱患，保證礦井的安全正常生產。

二、治理方案的選擇

根據其他礦區生產礦井對煤層底板“異常區”的治理方法和經驗，對趙樓煤礦619工作面底板“異常區”的綜合治理原則是“截源堵流”，也就是從“異常區”的下部、中部和上部分別施工注漿鉆孔，對“異常區”中的裂隙、空隙等出水通道用水泥漿液全部注實，達到“截源堵流”的目的，首先根據徐州中地物探科技新技術開發有限公司瞬變電磁法探測的結果和建議，在619工作面的皮帶機巷中布置兩個鉆場12各鉆孔，注漿鉆孔的布置必須保證在平面上和剖面上，在注漿時漿液能對“異常區”的水流進行有效的全面封堵，從而根本上杜絕“異常區”導致619工作面底板發生突水事故的安全隱患。

三、注漿鉆孔的設計

首先確定注漿鉆孔終壓4MPa，漿液擴散半徑為10～20m，再根據徐州中地物探科技新技術開發有限公司瞬變電磁法的探測結果－－異常區的總體形態為上小下大的椎體，其上部距離煤層底板20m，下部距離煤層底板50m，椎體中下部直徑約40m，下部與太灰群灰巖層相連，這樣注漿鉆孔在剖面上要布置3組，在平面上平均每組要布置4個鉆孔，注漿鉆孔總數12個，總工程量月863m，上部4個孔為驗證孔。注漿孔采用一路Ф108mm套管，如果不行在下第2路Ф98mm套管，第一組孔套管15m，第二組孔套管20m，第三組孔套管25m。

四、設備的選用

根據設計鉆孔的實際情況和注漿的實際需要，本次選用的設備為：

1．杭鉆SGZ－ⅢA型300m鉆機2臺；

2．衡陽BW250／6型泥漿泵2臺；

3．葫蘆島注漿泵廠的2TGZ200／15型雙液可調式注漿泵1臺；4．0．3m3立式攪拌機1臺。

五、鉆孔結構及技術要求

首先選用 Ф113mm鉆頭開孔，鉆進到15．5m，下入Ф108mm套管15m，15m到終孔為Ф75mm裸孔鉆進。

鉆孔均采用清水無巖心鉆進，鉆具應加導向，保證鉆孔不發生彎曲、歪斜。

六、套管及固定的技術要求

套管選用普通地質套管，每根長1．5m，套管與套管用接箍連接時要滿絲滿扣擰緊，套管最上一根的孔口焊接高壓法蘭盤；固管用42．5級普通硅酸鹽水泥制成0．6：1的純水泥漿，水泥漿凝固時間為72小時，然后掃孔，掃孔超出套管0．5m后，對套管進行固管的耐壓試驗，試驗壓力達到5MPa，以套管外壁不滲漏水、套管不動為合格，否則要重新固管。

619工作面注漿鉆孔參數一覽表

七、鉆孔的施工

先在皮帶機巷施工兩個鉆機窩，鉆機窩的尺寸按施工單位的要求進行施工，要保證支護安全可靠，沒有安全隱患。

鉆孔的施工順序從“異常區”的下部開始向下施工，也就是先施工最下面的一組鉆孔，然后施工中間一組鉆孔，最后施工上面一組鉆孔（檢查孔）。

八、孔口裝置

每一個鉆孔均準備一個高壓閘閥，閘閥通孔直徑Ф100mm，耐壓6MPa，在套管試壓合格準備向賦水異常體鉆進時安裝好高壓閘閥，另外準備一個和高壓法蘭盤螺絲眼相同的悶板，上面焊接1寸帶絲扣的無縫鋼管，上接1寸高壓小球閥，留做套管耐壓試壓和鉆孔出水時測量水壓及水量，也留做向孔內注漿用。

九、注漿

注漿材料選用42．5級普通硅酸鹽水泥制成的純水泥漿液，每一個鉆孔注漿均采用先稀后濃的方法，也就是隨著注漿量的增加，漿液濃度從開始的1：1逐漸增加到0．7：1直至達到設計的注漿終壓，設計終壓4MPa。注漿孔的注漿順序采用上行法注漿，也就是先從最下面的一組鉆孔注起，然后注中間一組鉆孔，最后注上面一組鉆孔，直至把可能的出水通道全部堵實，達到預期的注漿效果。

十、結論

經采前探查認為619工作面水文地質條件比較復雜，局部海相泥巖隔水性能較差，存在導升現象。底板灰巖水對工作面安全回采造成較大威脅，單純通過疏放水雖可降低含水層壓，但非控制性的、過分的疏放會早造成排水費用高，浪費水資源等問題，開展工作面地板注漿加固和改造是必要的。

通過工作面注漿后二次電法探查、取芯驗證及涌水量對比試驗的驗證得出：工作面賦水異常范圍明顯減少，并對注漿后的異常區進行了重點注漿加固，總體評價注漿效果好，達到了改造地板含水層為隔水層的目的，

619工作面可以進行安全回采剩余煤量。通過地板含水層注漿改造結合對灰巖水有控制的排放，節約了大量大治水費用，可以達到安全回采和經濟效益最佳結合，為解放受下部巖溶高承壓水威脅的煤炭開采探索出了一條有效的途徑。

［1］王國際．注漿技術理論與實踐［M］．徐州：中國礦業大學出版社，2000．

［2］國家安全生產監督管理總局．煤礦防治水規定［S］．北京：煤炭工業出版社，2009．