煤層底板超前注漿加固定向孔注漿工藝技術(shù)

殷峰

摘 要：煤炭行業(yè)是國家的重點行業(yè)，它的存在能夠帶動國家的經(jīng)濟(jì)進(jìn)步，能夠為廣大群眾的生活創(chuàng)造便利。然而在開采煤礦的時候，經(jīng)常會遇到各種各樣的問題，其中煤層地板突水是最為常見的一種問題，也是影響很嚴(yán)重的一類災(zāi)害。因此，作為煤炭單位一定要高度關(guān)注該問題，制定合理的應(yīng)對策略和方法，其中最常用的是底板注漿法。具體來講是運(yùn)用定向孔朝底板處灌注漿液，以此來實現(xiàn)加固的目的。文章具體地分析了注漿相關(guān)的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：煤層底板；超前注漿加固；定向孔；注漿工藝技術(shù)

中圖分類號：F416.21 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0162-02

眾所周知，注漿技術(shù)的應(yīng)用性非常強(qiáng)，而且它的使用區(qū)間非常廣。它的工作原理是將借助壓力將制作好的漿液灌注到巖體的縫隙之中，進(jìn)而經(jīng)由脫水以及固結(jié)等使得巖體變成新的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是強(qiáng)度高，而且具有較好的防滲能力。目前我們國家的煤礦企業(yè)在治理底板水害問題的時候一般使用這種方法。許多企業(yè)在工作中一般使用普通鉆孔來加固底板，這就使得加固的工程量非常大，因此我們只能將巷道挖掘好以后才可以處理，不但增加了工作的難度，而且還有潛在的盲區(qū)。對于這種問題，需要將定向孔鉆進(jìn)技術(shù)引入到煤礦井下，利用定向孔實現(xiàn)煤層底板的超前注漿加固。由于定向孔在底板的空間軌跡及鉆孔深度等多個方面均與常規(guī)鉆孔有較大的區(qū)別，因此，需要針對性地對其注漿技術(shù)進(jìn)行重點研究。

1 注漿設(shè)計原則

通過開展注漿工作可以降低鉆孔工作量，提升灌注的效益，便于場地施工工作的開展。具體來講，在開展注漿設(shè)計工作的時候一定要認(rèn)真遵守如下的原則內(nèi)容。

第一，要確保布孔一致。一般的鉆孔為雨傘狀的，但是定向孔卻是平行存在的單排孔，因此在鉆孔的時候一定要確保其均勻一致。第二，要確保施工不受干擾。因為工程所需的鉆孔要在一個統(tǒng)一的鉆場實施，因此在設(shè)計的時候一定要確保它們彼此不會影響。第三，在設(shè)計的時候不能夠只是考慮經(jīng)濟(jì)性，還要分析其是否可行。第四，我們之所以注漿，其目的有二，第一是為了堵住漏水的孔隙，第二是為了加固，所以要選擇正確的材料。第五，一定要考慮到各種潛在的危險，將問題控制在發(fā)生之前。

2 注漿層位與注漿材料

2.1 注漿層位與加固半徑

煤層底板超前注漿加固定向鉆孔布孔層位在確定的時候必須考慮如下幾點內(nèi)容。第一，要將鉆孔選擇在水分含量較高或是縫隙較多的區(qū)域之中。第二，要確保目標(biāo)層位和煤層之間的距離恰當(dāng)，不能太大或是太小了。因為太大的話就會導(dǎo)致鉆孔工作的難度增加，如果太小的話就無法發(fā)揮施工的目的，不能夠加固隔水層了，更加不能夠確保施工安全，導(dǎo)致問題頻繁出現(xiàn)。第三，要確保目標(biāo)才能到硬度符合規(guī)定，而且要保證地層平穩(wěn)，最好不要在較硬的地層中實施，以免增加施工的難度，導(dǎo)致效率不高。

通過以上的敘述我們可知，在布局孔位的時候一定要結(jié)合底板的具體情況來定。

2.2 注漿孔間距

底板超前注漿加固定向孔間距可依據(jù)單孔注漿擴(kuò)散范圍確定，一般單孔注漿擴(kuò)散范圍為25～30m，在設(shè)計定向孔時，鉆孔間距應(yīng)定在 50～60m。

2.3 注漿材料

因為煤井的性質(zhì)較為獨特，因此在注漿施工的時候一定要確保使用的注漿材料性能優(yōu)越。具體來講要確保其有如下的性能。第一，要確保固結(jié)體有強(qiáng)大的抗?jié)B能力，而且它的持久性要好，不會受環(huán)境的干擾。第二，要確保漿液的固化時間可變化，而且要保證強(qiáng)度高。第三，要保證漿液不存在毒副作用，不會影響到生態(tài)環(huán)境，同時還要確保工藝難度指數(shù)低。第四，保證材料的來源有保證，便于輸送存放。第五，規(guī)定漿液有良好的抗液化水平，就算是遇到地震的話也不會出現(xiàn)液化現(xiàn)象。

對于普通的鉆孔來講，其注漿用到的材料主要是水泥以及煤灰和黏土水泥等。對于定向孔來講，由于其注漿量非常大，而且還需要分次透孔，因此很多的常見材料都無法被用到施工之中。在對地層開展堵水改造工作的時候，黏土泥漿憑借它獨特的優(yōu)點被大量運(yùn)用，具體來講它的優(yōu)點是堵水性能非常好，而且強(qiáng)度高，不會對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，項目所需的成本少，耗時短等。如果遇到出水情況較為嚴(yán)重的地段，必須增加材料的使用量，以此實現(xiàn)良好的加固效益。

3 注漿工藝

3.1 注漿方式及工藝流程

顧名思義，注漿方式講的是施工時候使用的方法，目前煤礦井下常規(guī)鉆孔均采用全孔一次性注漿。不過因為定向孔的深度較深，如果使用全孔注漿的話，其段落長度非常長，構(gòu)造差異明顯，因此會導(dǎo)致注漿的效果不是很好，長距離注漿時大裂隙較多，漿液將首先順巖層交界面填充，然后沿空隙較大的部位滲透。在空隙較小的部位滲透能力小，因此注漿的帷幕是不連續(xù)的，這就會使得效果大打折扣。所以，如果使用定向孔的話，一定不能夠采取全孔形式，而要采取分段法。前進(jìn)式分段注漿是指采用鉆、注交替作業(yè)的一種注漿方式，也就是說在工作的時候，鉆一段之后立即注漿，然后停止再次鉆孔，然后再次注漿，不斷交替。

3.2 注漿順序

單個定向孔采用前進(jìn)式分段注漿方式進(jìn)行注漿，而多個定向孔組成的集束型定向孔群更要合理設(shè)計鉆孔的注漿順序，只有確定好注漿的順序，才可以確保工作開展順利。

（1）從外向里

依據(jù)約束發(fā)展思想，先處理外側(cè)的孔，然后再朝內(nèi)部孔注漿，這樣做的目的是確保漿液逐漸壓密進(jìn)而起到加固的作用。

（2）跳孔注漿

在具體的注漿的時候，因為會受到前面孔隙的干擾，后續(xù)的孔隙會因為壓力過高或是別的一些干擾要素的存在而出現(xiàn)偏流現(xiàn)象，漿液量也會變少。所以，在具體的注漿的時候可以使用跳孔法，以此來確保漿液被壓實，確保注漿工作持續(xù)。同時使用該方法還能夠防止臨近的鉆孔工作互相干擾，確保施工的安全性。

（3）相鄰孔錯位注漿

當(dāng)必須對相鄰定向孔同時進(jìn)行注漿或鉆進(jìn)等施工時，必須對其錯位施工，相鄰定向孔注漿或鉆進(jìn)段落應(yīng)至少間隔一個注漿段，比如A鉆孔進(jìn)行第N段注漿時，相鄰B鉆孔不能對N-1至N+1段進(jìn)行注漿或定向鉆進(jìn)，其目的是為了防止竄漿，干擾施工工作的開展。

3.3 注漿參數(shù)

3.3.1 注漿段落長度

采用前進(jìn)式分段注漿方式進(jìn)行注漿時，一定要確保段落的長度符合規(guī)定。所謂的長度具體來說指的是注漿的豎向范圍。其和所在區(qū)域的地質(zhì)狀態(tài)以及使用的工藝有很大的關(guān)系。對于那些地質(zhì)狀況不是很好的區(qū)域，由于其注漿效果容易被干擾，所以要合理縮短其長度。如果鉆孔的間距非常長的話，巖粉不能夠被排出，工作效率不高，會干擾到注漿工作，所以此時最好將段落縮短一些。通過很多的實際案例我們發(fā)現(xiàn)，注漿存在“契形效應(yīng)”，也即是說越是向前灌注，漿液越是不容易擴(kuò)散，進(jìn)而使得效果變差，所以要合理確定灌注的段落。

3.3.2 注漿速度

在確定速度的時候一定要認(rèn)真考慮使用的材料的類型以及設(shè)備的特征和項目的時間規(guī)定等。對于定向孔進(jìn)行煤層底板注漿時注漿速度建議控制在6～10m3/h。

3.3.3 漿液的體積質(zhì)量

黏土漿體積質(zhì)量穩(wěn)定在1.12t/m3左右，按照先稀后濃的原則，分檔控制。根據(jù)定向孔注漿特點選擇采用黏土水泥漿，黏土水泥漿具有很好的可注性。黏土水泥漿體積質(zhì)量應(yīng)根據(jù)漿液滲透性、黏度和結(jié)石率等重要性能指標(biāo)確定。

3.3.4 注漿結(jié)束控制標(biāo)準(zhǔn)

通過實踐我們發(fā)現(xiàn)泥漿的壓力變大的時候，其擴(kuò)散范圍相應(yīng)的就會變大，此時填充的縫隙就更加的飽和，強(qiáng)度也相應(yīng)的要高很多，不過如果壓力大于設(shè)定值的話，就會導(dǎo)致跑漿現(xiàn)象，所以要明確注漿標(biāo)準(zhǔn)。使用正確的定壓措施，具體的壓力要依據(jù)孔口的壓力而定。如果中途發(fā)生了漏漿或是鼓底等現(xiàn)象的話要停止活動，除此情況之外只要沒有達(dá)到注漿規(guī)定就不可以停止。

4 注漿方法

因為煤井處在地下，其空間較窄，定向孔所需的漿液較多，所以普通的鉆孔工藝無法實現(xiàn)較好的意義，此時只能使用地面注漿法，顧名思義就是在地面造漿，然后使用專門的管線輸送，借助注漿孔朝著孔隙之中注入漿液。注漿之前要測試管線的抗壓水平，只有測試達(dá)標(biāo)之后才可以開展后續(xù)工作。

5 注漿效果檢查與評價

5.1 檢驗孔評價

根據(jù)定向孔出水量、裂隙發(fā)育情況，有針對性布置檢查孔，檢查孔的布置要重點考慮構(gòu)造復(fù)雜地段、注漿質(zhì)量相對較弱的地段。若檢查孔涌水量大于規(guī)定值，則需鉆進(jìn)常規(guī)鉆孔進(jìn)行補(bǔ)充注漿，直到檢查孔水量小于規(guī)定值。

5.2 物探檢查

在開展改造工作之前的時候要做好物探活動，有目的的布局，注漿以后再比對物探，只有這樣才能夠得知改造的是否到位。

5.3 注漿量評價

根據(jù)注漿量與周圍工作面注漿情況對比，判斷定向孔注漿加固效果。

5.4 施工評價

根據(jù)工作面巷道掘進(jìn)和回采出水量等施工情況對注漿效果進(jìn)行評價。

6 結(jié)束語

采用定向孔對工作面底板進(jìn)行超前注漿加固是一種先進(jìn)的煤層底板水害防治辦法。文章具體論述了其特征，并且深入分析了注漿工藝，我們期待在廣大工作者的共同努力之下，我們國家的經(jīng)濟(jì)會越來越發(fā)達(dá)。

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