煤層底板的改造工藝研究

　　某煤田煤系基底為巨厚的奧陶系石灰?guī)r含水層，煤層開采時，底板巖溶水往往以數(shù)倍以至數(shù)十倍于礦井排水能力的水量涌入礦井，嚴重危及著礦井安全生產及工人生命安全。
　　奧陶系灰?guī)r一般富水性強且水頭壓力高，若采用疏水降壓實現(xiàn)安全開采，則疏排水費用太高，浪費地下水資源且經濟上不合理，經長期生產實踐，采取的是積極預防為主的帶壓開采，主要著眼于對隔水層、水壓、水量構造等綜合水文開采條件的認識，通過對奧灰之上的薄層灰?guī)r含水層注漿，改造其富水性，加固底板，封堵水源補給通道，提高阻水能力，形成一定厚度的有效隔水層，從而防止采中、采后突水，實現(xiàn)安全采煤。
　　1、注漿施工工藝流程。采用地面注漿站，通過注漿管路和井下工作面注漿孔地薄層灰?guī)r預注漿，充分利用薄層灰?guī)r的堅固性和巖溶裂隙的可注性，使?jié){液在注漿壓力的作用下沿著巖層裂隙擴散、沉淀、結石、最后充填巖層裂隙，把薄層灰?guī)r下的水量換出去，使薄層灰?guī)r不含水或弱含水，從而形成完整的注漿系統(tǒng)工藝流程。
　　2、注漿孔布設原則。在工作面上下兩巷，一般按漿液擴散半徑10—30M均勻設鉆孔，力求使?jié){液在整個工作面或改造范圍內覆蓋率達80%以上。工作面初壓及周壓段，構造發(fā)育段、含水層富水段、隔水層變薄區(qū)要加密布孔，并使鉆孔盡量與裂隙發(fā)育方向垂直或斜交，穿透含水層。
　　3、注漿方式。注漿改造以最大量進漿，最大范圍的擴散，最大限度充填為目的。采用全段連續(xù)注漿方式，分孔序連續(xù)注漿，直至達到終孔壓力止，如發(fā)現(xiàn)工作面底板跑漿，可間歇注漿。
　　4、漿注材料。以粘土為主要原料，在粘土漿中摻加適量的水泥，必要時可摻加少量的水玻璃。粘土是漿液的主要成份，要求具有一定的塑性指數(shù)。研究表明，塑性指數(shù)15以下的粘土一般均可作為配制漿液的原料，且塑性指數(shù)越高，粘土顆粒的分散性越好，造漿的效率越高；水泥是漿液的結構生成結構生成劑，水泥顆粒的水化作用使得漿液具有一定的結構強度，而且漿液結構強度的增長與水泥顆粒水化反應速度有關，水化反應越快，漿液結構強度增長亦越快。雖然普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥都可能用來配制漿液，但一般情況應優(yōu)先選用425號和525號普通硅酸鹽水泥；水玻璃是漿液的添加劑，它促使水泥顆粒更快地水化，在漿液結構形成過程中起加速凝固的作用。
　　5、泵量與泵壓。根據含水層巖溶裂隙發(fā)育程度及泵壓確定泵量。正常情況下，裂隙發(fā)育，鉆孔涌水量大，泵壓在2.0MPa以下時，采用全泵量大注量灌注；裂隙發(fā)育較差，鉆孔涌水量較水泵壓2.0MPa在以上時，采用中注量，達到接近終孔壓力時采用小泵量。
　　6、單孔注漿結束標準。注漿結束標準常用最終吸漿量、最終壓力和穩(wěn)定時間三個指標來表示。歸終吸漿量是指注漿至最后時的允許吸漿量。最終壓力一般為不低于孔口水壓的2.3~2.5倍；穩(wěn)定時間一般為20~30min。實踐證明，注漿壓力越大，漿液擴散范圍越大，對被注的薄層灰?guī)r裂隙充填越飽滿。
　　7、注漿程序。（1）注漿前先對注漿孔放水，將沉淀在孔內的碎石、巖溶裂隙中的填充物沖出，以使裂隙暢通。（2）水灰比、比重、稠度視單孔涌水量及巖溶發(fā)育程度確定。（3）注漿過程中要根據進漿、泵壓等情況，及時調整泵量及漿液配比。（4）達到注漿結束標準時，關閉孔口閥門，用清水將管道沖洗干凈，并檢修注漿設備。（5）第一次序孔注漿完畢后，可根據需要布設第二次序孔，用于檢查注漿效果或視薄層灰?guī)r賦水性補充注漿，依次類推。
　　8、注漿方式。注漿的根本目的在于通過充填封堵出水通道及煤層底板裂隙，達到加固底板和增加隔水層厚度、強度的效果。材料以粘土和水泥漿混合液為主，分靜態(tài)注漿和動態(tài)注漿兩個方面：（1）靜態(tài)注漿。漿液通過注漿孔直接進入并充填在薄層灰?guī)r含水層溶洞裂隙及煤層底板裂隙中，先采用濃度較小的粘土漿進行裂隙填充，采用由稀到稠連續(xù)注漿方式使混合液通過注漿孔充填到溶洞裂隙中去。以孔口壓力達到孔口水壓的2.5~3.5倍作為充填飽和和終止注漿封堵的標志。（2）動態(tài)注漿。由于底板破碎及巷道采面滲水等原因，在注漿孔附近及巷道采面形成水力聯(lián)系通道時，需采用動態(tài)注漿。首先加大注漿濃度，采取循環(huán)注漿方式。若達不到效果則采取特殊注漿，一是采用水玻璃和粘土漿液進行雙液注漿以加快動態(tài)情況下漿液的硬化速度；二是根據裂隙及溶洞比較發(fā)育，不易填充的實際情況，有針對性地向孔內填塞海帶、粉碎玉米芯、鋸末、刨花、小海棉塊、豆子、砂子等骨料，利用其膨脹系數(shù)大的特性，保證充填固結強度。
　　9、注漿改造效果檢查。（1）把實際注漿量與預計注漿量進行比較，看兩者的符合程度。（2）施工檢查孔，取芯觀察其填充膠結情況。（3）從檢查孔水量方面來評價注漿改造效果。
　?。ㄗ髡邌挝唬弘p鴨山礦業(yè)集團東保衛(wèi)礦掘進區(qū)）