地面水平井注漿工藝技術(shù)在煤礦水害區(qū)域治理中的應(yīng)用

陳頂峰

摘 要：針對(duì)井下鉆孔向煤層底板注漿加固技術(shù)存在的不足，本文介紹了地面水平井注漿工藝技術(shù)在煤礦水害區(qū)域治理中的應(yīng)用和取得的效果。實(shí)踐表明，地面水平分支孔對(duì)煤層底板含水層注漿加固優(yōu)勢(shì)明顯;地面注漿系統(tǒng)可以提供較大的注漿壓力，增大漿液的擴(kuò)散范圍，提高注漿量，保證注漿加固的效果，實(shí)現(xiàn)煤礦工作面底板水害的超前治理。

關(guān)鍵詞：煤層底板;注漿加固;導(dǎo)水通道;超前治理

中圖分類號(hào)：TD745文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）07-0059-03

Abstract： In view of the shortcomings of grouting reinforcement technology from underground drilling to coal seam floor， this paper introduced the application and effect of grouting technology of ground horizontal well in the treatment of coal mine water disaster area. The practice shows that the horizontal branch holes on the ground have obvious advantages in grouting and reinforcement of the aquifer of the coal seam floor; the ground grouting system can provide a larger grouting pressure， increase the diffusion range of the slurry， increase the grouting amount， ensure the effect of grouting and reinforcement， and realize the advanced treatment of the water disaster of the coal seam floor.

Keywords： coal seam floor;grouting reinforcement;water diversion channel;advanced treatment

隨著煤礦開采深度的增加，來自煤層底板承壓水的危害越來越嚴(yán)重。為了緩解該危害，底板注漿加固技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。注漿加固的基本原理是將某些能很好地與巖土體固結(jié)的漿液注入巖土體的孔隙、裂隙中去，通過脫水、固結(jié)或膠凝使巖土體成為強(qiáng)度高、抗?jié)B性好、穩(wěn)定性強(qiáng)的新結(jié)構(gòu)體，從而達(dá)到改善巖土體物理力學(xué)性質(zhì)或改變不利于開采的水文地質(zhì)條件的目的[1]。目前礦井常用的方法是在井下巷道向煤層底板施工穿層鉆孔進(jìn)行注漿加固，該方法要求井下巷道掘進(jìn)完成后才能布置鉆場(chǎng)，且鉆孔施工工程量大，鉆孔有效孔段短，注漿量小，鉆孔軌跡不可控，可能存在治理盲區(qū)。針對(duì)該方法的不足，將地面水平井注漿工藝技術(shù)引入煤礦工作面底板水害區(qū)域治理工作中，利用地面水平井實(shí)現(xiàn)煤礦工作面底板水害的超前治理。

1 施工設(shè)計(jì)原則

合理的施工設(shè)計(jì)原則能減少鉆進(jìn)進(jìn)尺，提高注漿加固效果，同時(shí)避免出現(xiàn)前后干擾施工。因此，在施工設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)始終堅(jiān)持以下原則：①水平分支孔設(shè)計(jì)時(shí)要結(jié)合煤礦防治水細(xì)則和工作面安全開采的要求，確保分支孔能覆蓋整個(gè)待治理區(qū)域，做好對(duì)工作面外邦和上下巷的控制治理;②有兩個(gè)或多個(gè)水平井需要同時(shí)施工時(shí)，各分支孔盡量避免交叉，防止串漿;③在采動(dòng)工作面附近或者切割較深的斷層帶附近分支孔注漿時(shí)，要在能滿足礦井安全的情況下盡量降低注漿壓力，避免井下或地面出現(xiàn)跑漿;④地面水平井注漿量較大時(shí)，盡量從安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的角度選擇注漿材料。

2 注漿加固目的層位

各礦區(qū)地層存在差異，需要結(jié)合治理區(qū)的地層資料，選擇出合適的注漿加固目的層位。選擇目的層位時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：①水平井的分支孔盡量布置在含水層或者裂隙較發(fā)育的巖層中;②目的層位距煤層的距離要適中，注漿加固后可以起到封堵工作面底板含水層導(dǎo)水通道、增加隔水層厚度的作用;③目的層位要選擇在層位發(fā)育穩(wěn)定且有一定厚度的巖層中（5 m以上為宜）;④目的層位不要選擇在堅(jiān)硬或破碎嚴(yán)重的巖層中，以避免鉆進(jìn)或成孔難度大。

以焦作礦區(qū)為例，二疊系山西組二1煤層普遍發(fā)育，煤層厚度穩(wěn)定，是當(dāng)?shù)刂饕拈_采煤層。但是，焦作礦區(qū)是我國有名的大水礦區(qū)，煤層下部地層水文地質(zhì)條件復(fù)雜，給礦井開采帶來了較大困難，主要是太原組薄灰?guī)r含水層和奧陶系灰?guī)r含水層。一組砂質(zhì)泥巖隔水層將太原組灰?guī)r分為上下兩段，上段是L7、L8、L9灰?guī)r含水層，下段是L2、L3灰?guī)r含水層，上下兩段水力聯(lián)系被隔斷。根據(jù)焦作礦區(qū)以往的開采經(jīng)驗(yàn)可知，太原組的L8灰?guī)r含水層是二1煤層底板的直接充水含水層。該含水層發(fā)育穩(wěn)定，平均厚度為8 m，巖溶裂隙較發(fā)育，滲透系數(shù)為9.82～10.94 m/d，上下均有隔水層存在，能承受較高的注漿壓力，可注性強(qiáng)，上距二1煤層平均30 m，距離適中。當(dāng)對(duì)該含水層注漿加固后，可將兩個(gè)隔水層聯(lián)系起來，增大隔水層厚度，能確保煤礦安全開采。因此，通過綜合分析，水平井分支孔的目的層位可選擇在L8灰?guī)r含水層施工。隨著開采深度繼續(xù)增加，底板承壓水水壓上升，可將L8灰?guī)r和L2灰?guī)r同時(shí)作為目的層位進(jìn)行注漿加固。

3 施工工藝

地面水平井注漿施工工藝主要包括鉆孔工藝和注漿工藝兩部分，良好鉆孔工藝能夠確保分支孔按照設(shè)計(jì)軌跡施工，保證后期的注漿為有效注漿，同時(shí)注漿工藝的注漿量是衡量該工藝的重要指標(biāo)，

兩者相互銜接配合，共同決定了最終的注漿加固效果。

3.1 鉆孔工藝