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    底板注漿加固在梁北礦11031工作面的應用

    2017-09-11 11:26:39杜艷偉
    魅力中國 2017年35期
    關鍵詞:防治水

    杜艷偉

    摘要:我礦主要受寒武系灰?guī)r含水層影響,曾發(fā)生過突水事故,為保證11031工作面的安全回采,通過對煤層底板含水層進行注漿加固,防止突水事故的發(fā)生。

    關鍵詞:防治水、寒武系灰?guī)r、底板加固、鉆探。

    一、引言

    注漿加固基本原理為:水泥漿液在注漿泵的壓力作用下,克服靜水壓力和流動阻力沿裂隙擴散,隨擴散面積增大,漿液的流動由紊流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿骱妥铚鳡顟B(tài),最后變成結(jié)構(gòu)流,在注漿泵的高壓作用下漿液進行裂隙充填、壓實、脫水,以至于完全封閉。向寒武系灰?guī)r含水層注漿不但封堵了寒武系灰?guī)r上部的導水裂隙,同時將含水層上部變?yōu)楦羲畬?,從而增加了有效隔水層的厚度和強度,達到煤層底板注漿加固的目的。

    我礦開采的二1煤層底板承受寒灰水壓高,隔水層厚度較?。∕<75m),富水性強,在遇到斷層構(gòu)造或采動礦壓對底板的破壞條件下,即可發(fā)生寒灰直接突水事故。經(jīng)過礦井長期生產(chǎn)實踐經(jīng)驗與綜合分析研究,礦井確定了“以疏為主,疏堵結(jié)合”的防治水方針,確定了疏水降壓、底板加固和效果檢驗的防治回采工作面底板突水技術措施,也取得了很好的成就。

    二、11031工作面概況

    11031工作面位于11采區(qū)東翼上部第一區(qū)段,11采區(qū)軌道上山以東,地面標高+112~+115,西至11采區(qū)上山煤柱,上部為鐵李斷層煤柱, 11031風巷走向長388.55米,11031中巷走向長649.44米,11031機巷走向長712.63,上下兩部分將在13f6測點處聯(lián)立回采形成一個大的工作面,東部平均傾斜長165米,聯(lián)立后平均傾斜長256米,工作面水壓2.15 Mpa。寒武系灰?guī)r含水層距二1煤層底板最小距離為71m,主要的含水層和隔水層如下圖所示:

    根據(jù)工作面0149水文觀測孔觀測數(shù)據(jù),現(xiàn)在水位表高-199m,工作面水壓2.15Mpa,在平均含水層原始裂隙導高的情況下其突水系數(shù)計算為:

    Ts=P/(M- Cp)=2.15/(44.8-18)=0.0802

    M—煤層底板距離寒灰有效隔水層厚度(44.8m)

    P—工作面水壓 (2.15Mpa)

    Ts—突水系數(shù)

    Cp—回采對底板破壞深度(18m)

    根據(jù)物探結(jié)論在工作面內(nèi)存在5段異常區(qū)域,部分地段寒灰水導高較大,根據(jù)計算該工作面在原始裂隙導高的情況下其突水系數(shù)為0.0802,超過突水臨界值0.06(該臨界值為經(jīng)驗數(shù)值),在回采時有可能發(fā)生突水,應重點采取相應的防治水措施,必須進行煤層底板加固工程。

    三、11031工作面注漿加固的設計

    (一)鉆孔布置原則:

    1.鉆孔終孔層位為寒灰,終孔點在垂直進入寒灰下10m(鉆孔水量達到30m3/h開始注漿加固,水量不足延伸鉆孔)。

    2.鉆孔以注漿擴散半徑25~30m進行均勻布孔,力求工作面注漿加固改造率達到100﹪。

    3.為盡可能的多揭露含水層面積,提高注漿加固效果,鉆孔均設計為斜孔。

    4.在鉆探探明的異常區(qū)域加密布置檢查孔。

    鉆孔布置如下頁圖所示。

    (二)鉆孔結(jié)構(gòu)

    鉆孔開孔用ф153mm鉆頭鉆進至煤層底板垂直下5~7m,下入ф146mm一級套管10~18m,然后用ф113mm鉆頭鉆進至L7灰?guī)r內(nèi)2~3m,按照實際深度下入ф108mm二級套管,兩級套管下入后均進行耐壓試驗,一級套管壓力不小于10Mpa,二級套管壓力不小于12Mpa,耐壓試驗合格后換用ф75mm鉆頭鉆進至終孔深度。

    (三)設計工程量

    根據(jù)以上煤層底板加固原則,在該工作面機巷切眼向外40米起每隔60米做一個鉆場鉆場,共設計12個鉆場,在每個鉆場內(nèi)布置3~5個鉆孔.在該中巷切眼(13F6測點)向外40米起每隔60米做一個鉆場鉆場,共設計6個鉆場,在每個鉆場內(nèi)布置2~3個鉆孔。

    (四)注漿工藝流程

    采用礦東風井注漿站注漿系統(tǒng),根據(jù)不同鉆孔注漿需要,采用粘土水泥或純水泥為材料,以最大注漿量、最大擴散半徑、最大限度的充填巖溶裂隙為目的,分孔、分次序連續(xù)注漿。主要流程為:

    地面制漿→注漿泵→地面輸漿管路→井下輸漿管路→孔口→含水層

    純水泥漿液參數(shù):視各個鉆孔情況確定漿液配比,水與水泥的水灰比保持在1:1.2~1.5之間。

    注漿參數(shù):注漿量根據(jù)含水層裂隙發(fā)育情況確定,泵壓在2.0Mpa以下時采用全泵量(高檔位)大量灌注(泵量為260L/min);當孔內(nèi)裂隙發(fā)育較差泵壓在2.0 Mpa以上時采用中低檔灌注(泵量為60~167L/min),直至達到泵量不大于60L/min,孔口壓力不低于孔內(nèi)水壓的2.5~3倍且持續(xù)時間不低于30 min的注漿終止標準。

    對涌水量為5 m3/h以上的鉆孔,采用地面注漿站注漿,注漿量較小時,視情況進行掃孔二次注漿;對涌水量為5 m3/h以下或無水的鉆孔,采用井下注漿泵注漿,注漿結(jié)束標準與地面注漿結(jié)束標準相同。

    (五)注漿加固效果檢驗

    每個鉆場設計鉆孔施工完成后,都要布置檢查孔檢驗注漿效果,經(jīng)檢查鉆孔加固區(qū)域以上無水方可撤離鉆機。在整個工作面底板加固工程結(jié)束后,采用直流電法或瞬變電磁2種物探手段對加固效果進行檢驗,得出效果評價。

    四、結(jié)論和建議

    在11031機巷目前注漿量達到一萬六千多噸,使原來的含水層變成了隔水層,對注漿加固施采用瞬變電磁物探手段對加固地區(qū)進行效果檢驗,符合開采要求,在開采過程中也沒有發(fā)生任何突水事故,保證了11031工作面的安全回采。

    礦井需進一步開展防治水專題培訓,購置相關的防水打鉆設備應用此技術,擴大影響,以此推廣此項綜合防治水技術。

    參考文獻:

    [1]《承壓水上采煤》 王作宇.劉鴻泉煤炭工業(yè)出版社,2001

    [2]《底板突水的非線性特征及預測》 王連國.宋揚中國礦業(yè)大學出版社2003

    [3]《11031工作面回采地質(zhì)說明書》 周金貴 梁北礦 2008年endprint

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