底板含水層注漿改造技術在趙固一礦的應用及日常管理

姜文浩JIANG Wen-hao

（河南理工大學，焦作 454150；河南能源趙固一礦，輝縣 453634）

（Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454150，China；Henan Energy Zhaogu No.1 Mine，Huixian 453634，China）

1 礦井概況

趙固井田西南以峪河斷層（F20）為界，西北以耿村斷層（F15）為界，東北以二1 煤層隱伏露頭為界，南以百泉斷層（F17）為界。井田走向長2.0～5.5km，傾斜寬9.5～11.0km，井田面積約43.77km2。

礦井主采二1 煤層，平均煤厚5.3m，傾角2～6°，礦井資源儲量373490kt，剩余可采儲量為139763kt。煤層埋藏深度410～860m。底板灰巖水壓4.4～8.3MPa，預計全礦井正常涌水量2377.36m3/h，最大涌水量2971.1m3/h。目前礦井實際涌水量為1468m3/h，其中L8灰巖水約占總涌水量的一半，其余為L9灰巖水、頂板水和沖積層水。

趙固井田表土層厚，煤層頂板基巖薄，斷層多，底板灰巖水壓高、水量豐富，通過斷層和隱伏露頭頂底板含水層連通性好，隔水層厚度較小，屬于兼受頂板水和底板水兩種水害威脅的大水礦井。水患是威脅礦井生產安全的主要災害，防治水工作重點是防止在采掘過程中底板L8灰巖含水層突水和表土層底部砂、礫石含水層潰水和水砂突涌。

2 底板含水層注漿改造

2.1 底板注漿改造原理

利用工作面上下順槽布置注漿鉆孔，通過注漿鉆孔注漿來充填底板灰巖含水層的巖溶裂隙和導水裂隙，從而大大減弱含水層的富水性并切斷水源補給通道，使受注含水層被改造為隔水層或弱含水層，同時增強了二1 煤層底板隔水層的強度，降低了工作面底板出水的可能性，有利于工作面的安全回采。

2.2 底板注漿改造工程設計目的

①改造工作面底板L8灰巖層，變含水層為隔水層或弱含水層。②對工作面底板導水裂隙進行充填、閉合，使之不導水。③切斷工作面L8灰巖以下含水層與上覆煤巖層之間的水力聯系。

2.3 底板注漿改造工程設計原則

①布孔依據：1）相鄰工作面實際揭露的地質資料以及物探資料等；2）工作面外圍加固范圍30m 以上；3）底板注漿改造鉆孔應盡量與主裂隙方向正交或斜交；4）漿液擴散半徑r≤20m；5）斷層帶考慮平面和立體布孔，防止斷層深部導水；6）檢查孔應布置在斷層破碎帶、水量大注漿量小的鉆孔附近。②采用雙巷注漿，設計注漿鉆孔時，工作面上、下巷同時布置鉆場。③對工作面底板全面注漿改造的同時，加強開切眼和停采線附近、斷裂破碎帶等礦壓易集中區域的注漿改造。④施工過程中，對發現富水性、導水性較好的區域要隨時補孔和增加檢查孔。底板改造工程要在確保水害防治安全的前提下達到最佳經濟效果。

2.4 底板注漿改造工程參數的確定及依據

①注漿終壓的確定。鉆孔終孔壓力以孔口壓力為依據，確定注漿終壓為10.5～13.0MPa（出現底鼓、漏漿等異常情況時該鉆孔終壓可以低于13.0MPa），達不到要求不得結束注漿。②趙固一礦底板改造工程設計鉆孔終孔位置達到L8灰巖底面以下垂距35m。③檢查孔終孔位置達到鉆孔出水（水量大于等于10m3/h）位置以下垂距5m 且必須達到L8灰巖底面。

2.5 施工質量及技術要求

①施工單位接到設計后，編制施工安全技術措施，報相關科室及礦總工程師審批后組織實施，嚴格按照設計鉆孔的相關技術要求及參數進行施工。②鉆孔結構：開孔直徑Ф153mm，一級管直徑Ф146mm，二級管Ф127mm，三級管直徑Ф108mm，四級管直徑Ф89mm（需要時下入），終孔直徑不大于Ф75mm。③下入孔口管要求：鉆機按鉆孔設計參數穩設牢固后，首先使用大于設計套管直徑的無芯鉆頭開孔，鉆進至設計深度后，根據設計套管長度下入一級套管，一級套管下到設計位置后，將一級套管螺絲頭與一級套管連接牢固，首先向套管內連續壓2～3 分鐘清水，將套管與孔壁之間殘留巖粉沖出，打通返漿通道，然后用泥漿泵將攪拌好的純水泥漿（水灰重量比1:1.6）通過高壓管壓入孔內，直到管外返出水泥漿且注漿壓力達到設計壓力時，方可停止壓漿，之后再用軟性固體將套管口及孔口圍裹嚴實，等待凝固，凝固時間不少于20 小時（如水泥漿內添加水玻璃時凝固時間不少于8 小時）。一級套管凝固后用破碎鉆頭透出套管0.5～1m，并做耐壓試驗，試驗壓力穩定在設計壓力，穩壓時間不少于30min，孔壁周圍不漏水、不滲水為合格，否則必須重新固管。

一級套管試壓合格后使用上述同樣方法下設二、三級套管。然后裸孔鉆進至設計終孔位置進行注漿。

2.6 注漿方式

在地面注漿站集中造漿，通過專用高壓管路送漿，利用注漿孔向含水層注漿，每孔注漿前都要進行注漿管路耐壓試驗，耐壓試驗壓力達到16.0MPa 以上，穩壓30min 為合格，注漿時孔口需安裝雙壓力表進行觀測。

2.7 漿液比重

注漿前根據初始泵量確定水泥添加量，一般情況下泵量在102L/min（3 檔）時粘土水泥漿、純水泥漿比重控制在1.15～1.20t/m3，泵量在162L/min（4 檔）時，粘土水泥漿、純水泥漿比重控制在1.15～1.30t/m3。

2.8 注漿結束標準

孔口壓力達到10.5～13.0MPa，泵量依次改為102L/min、58L/min，至設計終孔壓力并穩壓10 分鐘以上。所有鉆孔注漿結束后必須重新透孔，檢驗注漿效果，然后進行井下封孔。注漿盡量用粘土水泥漿，增大粘土用量，在斷層破碎帶、出水點等需要增加加固強度的地段可以考慮加大水泥用量或者用純水泥漿注漿。

2.9 注漿施工順序

①井下注漿施工順序見圖1。

①地面注漿施工順序見圖2。

圖2 注漿施工工序（井上）

2.10 封孔

鉆孔注漿結束后，待漿液凝固48 小時后，用Φ75mm鉆頭掃孔，掃孔深度為驗孔時的實際孔深，以比重1.6t/m3的純水泥漿封孔，封孔壓力要求達到13.0MPa。凝固24 小時后，孔口不漏水為合格。

3 底板含水層注漿改造工程的日常管理

①根據最初制定的工作面底板注漿改造方案進行施工，對實際施工中所揭露的地質及水文地質資料層層把關，保證鉆孔資料收集及時、準確。井下施工現場每班收集的基礎資料由當班班長進行匯報，并填寫在井下記錄本、井上記錄本上；單個工程結束之后由機長統一將本工程所有記錄重新檢查一遍，保證資料的完整性和準確性；區隊技術負責人在竣工報告編制過程中對各項基礎資料進行再次檢查，對存在的問題核對、修改；竣工報告完成后由施工區隊負責人進行審核后報送地測科。

②各施工工作面指定專人負責，負責將驗收鉆孔孔深、標準層位置、水量、出水位置等基本參數進行記錄，及時上圖，并負責竣工報告與圖紙和驗收資料對照檢查，如有不符，及時查找原因，進行改正，切實保證井下收集資料準確的反映在圖紙上。

③每周由地測副總或科室技術負責人組織，鉆探注漿隊隊長、技術員對本周施工結束鉆孔從原始記錄、竣工報告、底板改造加固圖紙等資料進行深加工和綜合分析，提高資料的可靠程度，為下一步工程設計提供可靠依據。

④根據實際施工過程中所得資料分析結果，對已設計注漿改造鉆孔參數進行修改或另行設計鉆孔對達不到設計要求的區段進行補充施工。

⑤對已施工完畢的工作地點鉆探及注漿資料進行分析、總結、評價，最終達到保證安全生產的目標。

工作面底板注漿改造工程的精細化動態管理，能夠在最初所制定方案的基礎上結合實際施工中所獲資料，通過對防治水工程施工過程的精細化動態管理，對防治水工程施工效果進行日常動態分析、評價，采用修改設計參數或補充鉆孔等手段及時對施工過程中遇到的存疑區段進行補充施工，使工作面底板加固工程能夠做到速度最快、效果最好。

4 結語

底板注漿改造技術保證了趙固一礦安全、高效的生產，而對底板注漿改造工程的精細化動態管理，大大提高工作面底板注漿改造的速度，避免一個施工地點在后期評價后由于工程效果不達標重復進鉆施工，在達到最好的注漿加固效果的同時做到時間最短、效率最高，保證礦井能夠安全、快速、高效的生產，改善了礦井掘進、回采工作面的生產環境。

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[2]李長青,趙衛東,李云霞.韓王礦煤層底板含水層注漿改造技術[J].河南理工大學學報(自然科學版)，2005(01).

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