底板注漿加固在梁北礦11031工作面的應(yīng)用

杜艷偉

摘要：我礦主要受寒武系灰?guī)r含水層影響，曾發(fā)生過突水事故，為保證11031工作面的安全回采，通過對(duì)煤層底板含水層進(jìn)行注漿加固，防止突水事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：防治水、寒武系灰?guī)r、底板加固、鉆探。

一、引言

注漿加固基本原理為：水泥漿液在注漿泵的壓力作用下，克服靜水壓力和流動(dòng)阻力沿裂隙擴(kuò)散，隨擴(kuò)散面積增大，漿液的流動(dòng)由紊流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿骱妥铚鳡顟B(tài)，最后變成結(jié)構(gòu)流，在注漿泵的高壓作用下漿液進(jìn)行裂隙充填、壓實(shí)、脫水，以至于完全封閉。向寒武系灰?guī)r含水層注漿不但封堵了寒武系灰?guī)r上部的導(dǎo)水裂隙，同時(shí)將含水層上部變?yōu)楦羲畬樱瑥亩黾恿擞行Ц羲畬拥暮穸群蛷?qiáng)度，達(dá)到煤層底板注漿加固的目的。

我礦開采的二1煤層底板承受寒灰水壓高，隔水層厚度較薄（M<75m），富水性強(qiáng)，在遇到斷層構(gòu)造或采動(dòng)礦壓對(duì)底板的破壞條件下，即可發(fā)生寒灰直接突水事故。經(jīng)過礦井長期生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與綜合分析研究，礦井確定了“以疏為主，疏堵結(jié)合”的防治水方針，確定了疏水降壓、底板加固和效果檢驗(yàn)的防治回采工作面底板突水技術(shù)措施，也取得了很好的成就。

二、11031工作面概況

11031工作面位于11采區(qū)東翼上部第一區(qū)段，11采區(qū)軌道上山以東，地面標(biāo)高+112～+115，西至11采區(qū)上山煤柱，上部為鐵李斷層煤柱， 11031風(fēng)巷走向長388.55米，11031中巷走向長649.44米，11031機(jī)巷走向長712.63，上下兩部分將在13f6測點(diǎn)處聯(lián)立回采形成一個(gè)大的工作面，東部平均傾斜長165米，聯(lián)立后平均傾斜長256米，工作面水壓2.15 Mpa。寒武系灰?guī)r含水層距二1煤層底板最小距離為71m，主要的含水層和隔水層如下圖所示：

根據(jù)工作面0149水文觀測孔觀測數(shù)據(jù)，現(xiàn)在水位表高-199m，工作面水壓2.15Mpa，在平均含水層原始裂隙導(dǎo)高的情況下其突水系數(shù)計(jì)算為：

Ts=P/（M- Cp）=2.15/（44.8-18）=0.0802

M—煤層底板距離寒灰有效隔水層厚度（44.8m）

P—工作面水壓 （2.15Mpa）

Ts—突水系數(shù)

Cp—回采對(duì)底板破壞深度（18m）

根據(jù)物探結(jié)論在工作面內(nèi)存在5段異常區(qū)域，部分地段寒灰水導(dǎo)高較大，根據(jù)計(jì)算該工作面在原始裂隙導(dǎo)高的情況下其突水系數(shù)為0.0802，超過突水臨界值0.06（該臨界值為經(jīng)驗(yàn)數(shù)值），在回采時(shí)有可能發(fā)生突水，應(yīng)重點(diǎn)采取相應(yīng)的防治水措施，必須進(jìn)行煤層底板加固工程。

三、11031工作面注漿加固的設(shè)計(jì)

（一）鉆孔布置原則：

1.鉆孔終孔層位為寒灰，終孔點(diǎn)在垂直進(jìn)入寒灰下10m（鉆孔水量達(dá)到30m3/h開始注漿加固，水量不足延伸鉆孔）。

2.鉆孔以注漿擴(kuò)散半徑25～30m進(jìn)行均勻布孔，力求工作面注漿加固改造率達(dá)到100﹪。

3.為盡可能的多揭露含水層面積，提高注漿加固效果，鉆孔均設(shè)計(jì)為斜孔。

4.在鉆探探明的異常區(qū)域加密布置檢查孔。

鉆孔布置如下頁圖所示。

（二）鉆孔結(jié)構(gòu)

鉆孔開孔用ф153mm鉆頭鉆進(jìn)至煤層底板垂直下5～7m，下入ф146mm一級(jí)套管10～18m，然后用ф113mm鉆頭鉆進(jìn)至L7灰?guī)r內(nèi)2～3m，按照實(shí)際深度下入ф108mm二級(jí)套管，兩級(jí)套管下入后均進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，一級(jí)套管壓力不小于10Mpa，二級(jí)套管壓力不小于12Mpa，耐壓試驗(yàn)合格后換用ф75mm鉆頭鉆進(jìn)至終孔深度。

（三）設(shè)計(jì)工程量

根據(jù)以上煤層底板加固原則，在該工作面機(jī)巷切眼向外40米起每隔60米做一個(gè)鉆場鉆場，共設(shè)計(jì)12個(gè)鉆場，在每個(gè)鉆場內(nèi)布置3～5個(gè)鉆孔.在該中巷切眼（13F6測點(diǎn)）向外40米起每隔60米做一個(gè)鉆場鉆場，共設(shè)計(jì)6個(gè)鉆場，在每個(gè)鉆場內(nèi)布置2～3個(gè)鉆孔。

（四）注漿工藝流程

采用礦東風(fēng)井注漿站注漿系統(tǒng)，根據(jù)不同鉆孔注漿需要，采用粘土水泥或純水泥為材料，以最大注漿量、最大擴(kuò)散半徑、最大限度的充填巖溶裂隙為目的，分孔、分次序連續(xù)注漿。主要流程為：

地面制漿→注漿泵→地面輸漿管路→井下輸漿管路→孔口→含水層

純水泥漿液參數(shù)：視各個(gè)鉆孔情況確定漿液配比，水與水泥的水灰比保持在1：1.2～1.5之間。

注漿參數(shù)：注漿量根據(jù)含水層裂隙發(fā)育情況確定，泵壓在2.0Mpa以下時(shí)采用全泵量（高檔位）大量灌注（泵量為260L/min）；當(dāng)孔內(nèi)裂隙發(fā)育較差泵壓在2.0 Mpa以上時(shí)采用中低檔灌注（泵量為60～167L/min），直至達(dá)到泵量不大于60L/min，孔口壓力不低于孔內(nèi)水壓的2.5～3倍且持續(xù)時(shí)間不低于30 min的注漿終止標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)涌水量為5 m3/h以上的鉆孔，采用地面注漿站注漿，注漿量較小時(shí)，視情況進(jìn)行掃孔二次注漿；對(duì)涌水量為5 m3/h以下或無水的鉆孔，采用井下注漿泵注漿，注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)與地面注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)相同。

（五）注漿加固效果檢驗(yàn)

每個(gè)鉆場設(shè)計(jì)鉆孔施工完成后，都要布置檢查孔檢驗(yàn)注漿效果，經(jīng)檢查鉆孔加固區(qū)域以上無水方可撤離鉆機(jī)。在整個(gè)工作面底板加固工程結(jié)束后，采用直流電法或瞬變電磁2種物探手段對(duì)加固效果進(jìn)行檢驗(yàn)，得出效果評(píng)價(jià)。

四、結(jié)論和建議

在11031機(jī)巷目前注漿量達(dá)到一萬六千多噸，使原來的含水層變成了隔水層，對(duì)注漿加固施采用瞬變電磁物探手段對(duì)加固地區(qū)進(jìn)行效果檢驗(yàn)，符合開采要求，在開采過程中也沒有發(fā)生任何突水事故，保證了11031工作面的安全回采。

礦井需進(jìn)一步開展防治水專題培訓(xùn)，購置相關(guān)的防水打鉆設(shè)備應(yīng)用此技術(shù)，擴(kuò)大影響，以此推廣此項(xiàng)綜合防治水技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《承壓水上采煤》 王作宇.劉鴻泉煤炭工業(yè)出版社，2001

[2]《底板突水的非線性特征及預(yù)測》 王連國.宋揚(yáng)中國礦業(yè)大學(xué)出版社2003

[3]《11031工作面回采地質(zhì)說明書》 周金貴 梁北礦 2008年endprint