注漿加固防治底灰水技術優化

胡 亥

（同煤集團晉華宮礦地質科，山西 大同 037016）

晉華宮礦作為同煤集團生產的主要礦井之一，11#煤層305 盤區8502 工作面東部與5504 巷道相連，南部是實體，西部與吳官屯礦相鄰，北部是回風巷，開采面積約14 100 m2。工作面由綜采四隊技術室進行開采，在掘進的過程中發現注漿加固后的底板仍有突水情況，影響正常的開采。 因此，需要對煤層底板注漿加固技術進行改進[1]，以提高底板的硬度。

1 礦井概況

8502 工作面可開采走向長940 m，傾斜長150 m，煤層厚度在4.62～7.7 m，煤層傾角為5°～12°。8502 工作面進行回采期間， 工作面上覆的2502 巷存在大量積水，且局部巖層出現破碎，富水性較強，通過裂隙帶構成水力聯系，回采工作面煤層頂板是灰黑色粉砂巖，水平層節理發育。 工作面內共發育有6 條斷層，其中有兩條對回采有較大的影響，有3條對回采有一定的影響，因此，要隨時觀測斷層的情況。 工作面內主要水源是底板奧灰水，正常涌水量為1.86 m3/min，最大涌水量為2.48 m3/min，水壓為7.45 MPa。 11#煤層的富水性較強，煤層底板隔水層的厚度約26 m，突水系數為0.28 MPa/m，底板突水的臨界值大于0.1 MPa/m，可見煤層底板存在突水的危險， 因此必須對8502 工作面的煤層底板進行注漿加固改造。

2 底板突水情況

對8502 工作面的突水情況進行調查分析，得到煤層底板的突水情況及突水原因[2]，見表1。

表1 工作面突水情況及原因

3 注漿加固技術改進

3.1 注漿加固技術要求

（1）注漿原則。 對煤層底板進行鉆孔注漿時，要確保注漿的連續性，減少鉆孔的工作量，對導水通道及底板裂隙進行有效封堵。 如果一個單孔的注漿量大于2 000 m3時，可以選擇在注漿的過程中留有間歇，一般為4h，在間歇期間，要確保將注漿管路清洗干凈，如果在采用間歇方式后仍然達不到工程要求，可采用注固體材料的方式來進行加固。

（2）注固體材料。 在進行注漿的過程中，如果出現注漿壓力長時間保持穩定，或者巷道的底板出現跑漿等狀況， 則需要更改注漿材料， 使用鋸沫、大豆、海帶絲等固體材料[3]來對導水裂隙進行充填。在吸漿池中均勻地撒上鋸沫，要注意控制鋸沫的撒入量，不能影響泵的正常運轉，或是在井下的孔口處安裝注入器，將海帶絲和大豆等固體材料輸送到鉆孔中。

（3）終孔標準。 在注漿完成后，設計的終孔壓力為15 MPa，在一檔注漿達到所設定的壓力后，需進行二檔注漿， 注漿時要保持恒定壓力10～30 min，完成后方可結束注漿。

（4）鉆孔布置。 鉆場選在回風巷的兩側，鉆場的長寬各4.5 m，高2.5 m，每個鉆場布置4 個鉆孔進行注漿，再設置2 個注漿檢驗孔進行最終檢驗。 設計鉆孔時盡量確保鉆孔的方向垂直于或斜交于斷裂構造發育的方向， 讓孔穿過煤層底板的裂隙，以確保注漿的效果。 鉆孔一般布置成斜向孔，離導水層段盡量長些， 上下巷內側的鉆孔要重疊起來，不留下盲區，對構造斷裂發育段、破碎帶、隔水層薄等區域要重點保護，有必要時要增加鉆孔的數量。 根據8502 工作面的改造工程， 在工作面回風巷距切眼120 m 處， 沿巷道的下幫煤層底板為第一個鉆場，每個鉆場間隔100 m，共布置8 個鉆場。 在鉆場正對工作面的方向進行鉆孔布置，每個鉆孔深120 m，傾角為0°，方位角為4.7°，終孔間距10 m，共布置20 個鉆孔，鉆探掘進346 m。

（5）鉆孔的結構和要求。終孔層在煤層底下70 m處，終孔的孔徑要大于75 mm，孔口的管套下放至煤層的底部；其中二級止水套管口到底板的距離為5 m，選用D40 的地質管作為套管，套管的壁厚一般大于4.5 mm； 要求一級止水套管的壓力大于10 MPa，保持恒定壓力30 min，二級止水套管的壓力大于15 MPa，保持恒定壓力30 min。

3.2 注漿加固工藝方法

晉華宮礦8502 工作面煤層的平均厚度為6.16 m，水頭壓力為7.45 MPa， 突水系數為0.28 MPa/m。在常規的注漿工藝基礎上， 針對8502 工作面底板的富水性強、隔水層薄的特點，設計高壓注漿的工藝方法。

采用分散制漿機進行制漿。 可注性較好，漿液比較細膩且流動性強，單孔的注漿量高，可以減少鉆孔的數量，注漿主要是將巖層裂隙進行封堵，根據鉆孔的出水量和吸漿量， 對漿液密度進行調整，水灰比在3:1～1.5:1 之間，密度在1.20～1.37 g/cm3之間。

采用細管多路進行輸漿。 將輸漿管的直徑改為1.5 寸，加速漿液的流動，減少漿液的沉淀，從而使堵管現象減少。

采用二級和三級雙重套管進行固管防噴。 其結構見圖1[4]，這種串聯的結構可以使止水套管的抗壓抗拉強度增強，減少注漿時套管脫落或變形漏漿等情況。

圖1 雙重套管結構

采用反復透孔進行注漿。根據注漿加固的技術要求，注漿的最終壓力為15 MPa，保持恒定壓力30 min后，單孔注漿結束，凝固時間30h 以上再對注漿的效果進行檢驗，采用透孔的方法，如果涌水量在0.2 m3/h，則注漿合格，以此來確保每個孔的最終注漿效果。

4 應用分析

對8502 工作面改進后的注漿效果進行檢測，采用直流電探測方法對注漿前后的底板進行探測，得到工作面注漿前后的視電阻率斷面見圖2， 可以看出，圖中的等值線越低，巖層出現破碎的可能性就越大， 煤層的富水性及底板的裂隙發育也就越強。

圖2 視電阻率斷面

從圖2 可以看出，在通尺1 800～2 080 m 處，鉆探的結果是，工作面距底板的間距為29 m，在注漿前工作面附近存在多處低電阻異常區域，在低電阻區域， 底板距頂界面的距離小于16 m， 在回采時，極易出現底板突水事故，而其他地段出現底板突水的可能性較小。 在注漿后工作面附近只有一個低電阻異常區域，底板距頂界面的距離為14 m，在回采時，探測范圍內出現底板突水的可能性較小。

根據上述結果，可以看出對底板使用改進后的注漿加固技術效果較好， 目前工作面回采300 m，未出現突水事故，注漿起到一定的作用。

5 結語

1）通過對晉華宮礦區煤層底板的突水事故的分析， 礦區的地質以及水文條件都會對底板造成破壞，出現底板突水事故，對工作面注漿加固后仍有突水情況，因此要對煤層導水體及構造等進行及時監測。

2）對煤層底板注漿加固技術進行改進，給出高壓注漿的工藝方法，以確保每個鉆孔的注漿效果。

3）對改進后的底板注漿加固效果采用直流電法進行驗證，結果表明，改進后的注漿加固效果明顯，開采過程中沒有出現突水事故。