注漿堵漏技術在井下防水中的應用研究

張志偉

（同煤集團永定莊煤業公司，山西 大同 037003）

永定莊煤業307 盤區8103 綜采面走向近似NW-SE，煤層的平均傾角為3.9°，煤層的平均厚度為4.0 m，煤層結構相對簡單，屬于結構簡單型煤層，其平均抗壓強度約為386.2 MPa，普氏系數為2.6～4.0。井下上覆為原11-12#層8701 綜采采空區，巷道掘進過程中已施工探放水孔4 個，探測到原11-12#層8701 綜采采空區低洼處無積水。巷道掘進過程中0～120 m 為14#層，與12#煤層層間距9.3～14.1 m；120～350 m 為11#、12#煤層分叉區，層間距4～0.8 m；350～880 m 為11#、12#煤層合并區，與上分層采空區間距3.2～1.0 m。上分層采空區由泥巖、砂巖構成，其中存在著大量的積水，且該積水區域和地下暗河相通，屬于典型的富水區域。

8103 綜采面的長度約為571 m，巷道的斷面為半圓拱形，斷面的寬度為4.3 m，斷面的高度為3.2 m。巷道的表土段采用混凝土支護結構，在基巖位置采用錨網聯合支護結構。在井下巷道圍巖裂隙處存在著嚴重的滲水現象，滲水段的長度超過了100 m。通過對該處地質結構的勘察，其漏水的原因在于圍巖處和支護處存在著較多的裂紋，裂紋直通頂板上采空區域的積水層。為了徹底對滲水區域進行處理，礦山安全小組對多種堵漏方案進行了研究，最終確定采用注漿堵漏的技術方案，對其應用工藝和施工過程進行了詳細的分析，根據應用結果表明注漿堵漏技術能夠有效解決巷道圍巖裂隙滲水的問題，具有堵漏效果好、成本低的優點，能夠極大地提升井下綜采作業的安全性。

1 注漿堵漏工藝方案

根據煤礦井下實際地質條件，結合對堵漏經濟性的分析，決定采用在巷道圍巖兩側通過二序布孔[1]的工藝方案進行注漿堵漏。首先設置注漿孔，然后向孔內注入水泥漿料及補強型防滲漏材料，用于對開裂的縫隙進行封堵。水泥注漿料具有成本低的優點，但顆粒度較大且凝固時間長，無法有效地對微縫隙泄漏孔進行封堵，也無法對大的漏點進行快速封堵。補強型防滲漏材料具有凝固速度快、密封性好的優點，但成本相對較高。因此為了在確保堵漏可靠性的條件下盡量降低堵漏成本，采用了水泥漿料密封和補強型防滲漏材料密封相結合的方案[2]。補強型防滲漏材料主要用于封堵巖層深處的細微裂紋及水流量較大的孔洞，水泥漿料密封主要用于對壁厚較大的裂紋及水流量較小的孔洞進行密封。水泥注漿料選擇42.5 號的硅酸鹽水泥材料，水灰比按1:4 控制。補強型防滲漏材料為雙組分材料，在混合時兩種材料的質量比為1:1，在攪拌機內進行充分混合。

為了確保注漿時的連續性和注漿效率，采用了ZBQ-50/6 型空氣高壓泵。該注漿泵的最大排量為50 L/min，進氣口的壓力約為0.6 MPa，電機的功率約為11 kW。漿料混合的攪拌機采用了JB-200L 的攪拌器，其容積約為200 L，電機的驅動功率約為560 kW，注漿時的孔口管采用了直徑為46 mm 的無縫鋼管，其長度約為1500 mm。在進行注漿時，通過注漿泵的作用將混合流體注入到補強區域，然后向四周擴散，并滲透到圍巖內部的縫隙內，實現對圍巖內部裂隙的有效封堵。

2 井下注漿施工

在對煤礦井下8103 綜采面地質結構分析后，確定采用分二序布孔方案，其中一序布孔孔深為2000 mm，各注漿孔的距離同樣設計為2000 mm，用于實施水泥漿料密封。第二序布孔采用的孔深為3000 mm，各注漿孔的間距設置為2000 mm，用于實施補強型防滲漏材料的注漿封堵。

注漿時按照先對圍巖兩側注漿，然后再兩幫底部自下而上逐漸噴淋的方案，避免在注漿過程中注漿料被沖刷掉。二序布孔呈梅花型相互交叉沿著圍巖布置[3]，注漿區域的長度約105 m，共設置鉆孔210 個，分為30 組，每組7 個注漿孔，其結構分布如圖1。

圖1 二序布孔結構示意圖

在注漿施工的過程中，根據施工的難易順序，首先采用風鉆進行注漿孔鉆進，在鉆進的過程中同步準備注漿材料，并進行設備的安裝和接頭。注漿料準備完成后進行高壓洗孔，之后進行注漿及清理。

3 井下注漿核心控制點

在注漿過程中，首先根據注漿孔的直徑和注漿距離，設置注漿流量為55 L/min，根據注漿的時間，設置注漿料中漿液水灰比為1:3，然后開始注漿。注漿過程中需根據水泥注漿料和補強型防滲漏材料的不同特性進行專門的注漿工藝流程設置，先高壓洗孔然后注漿，最后再進行清理。當注漿料進入到含水層巖壁的裂縫后，操作人員根據注漿料的壓力情況進行控制，保證注漿過程中注漿壓力的一致性，確保注漿料能夠填實孔洞[4]。

在注漿的過程中為了避免出現管路在高壓情況下的泄漏現象，當管路連接好后將泄漿閥打開，然后通入清水進行管路試壓。在管路內通入6 MPa 的工作壓力，對管路進行保壓10 min 的試驗，確保各處無漏水，保壓完成后進行注漿。注漿過程中需要重點注意跑漿現象，避免注漿壓力過大導致的鼓起現象，必要時候可采用間歇注漿的方式進行操作。

在采用水泥注漿的過程中，應首先在攪漿桶里進行攪拌處理，然后將攪拌完成的水泥漿料傳輸到儲漿桶內，通過注漿泵、傳輸管道、控制閥等注入到巖壁內的裂隙處。在注漿結束后控制系統，加入清洗劑和清水對管路進行沖洗，確保管路不被堵塞。在采用水泥注漿料時為了確保堵水的可靠性，首先采用速凝型堵水材料進行預處理。當采用補強型防滲漏材料時，直接在攪拌桶里進行攪拌并采用注漿泵傳輸到堵漏處。

8103 綜采面的井下堵漏共使用水泥注漿料17 t，補強型防滲漏材料9.5 t，速凝型堵水材料1.4 t，堵漏后的滲水量由最初的7.27 m3/h 降低到0.11 m3/h，取得了極好的堵漏效果，目前已在井下取得了極好的應用效果。

4 結論

針對永定莊煤業井下巷道圍巖裂隙滲水嚴重，給井下綜采作業安全造成嚴重影響的現狀，提出了一種注漿堵漏技術方案，對注漿堵漏原理、施工方案和注漿效果等進行了分析，對注漿堵漏工藝方案和注漿堵漏核心控制點進行了分析，根據實際應用表明：

（1）采用水泥漿料密封和補強型防滲漏材料密封相結合的方案，能夠確保在堵漏可靠性的條件下盡量降低堵漏成本；

（2）井下注漿施工采用分二序布孔方案，注漿時按照先對圍巖兩側注漿，然后再兩幫底部自下而上逐漸噴淋的方案，避免在注漿過程中注漿料被沖刷掉；

（3）8103 綜采面井下堵漏共使用水泥注漿料17 t，補強型防滲漏材料9.5 t，速凝型堵水材料1.4 t，堵漏后的滲水量由最初的7.27 m3/h 降低到0.11 m3/h，取得了極好的堵漏效果。