綜采工作面底板注漿加固改造技術(shù)研究

尹思遠(yuǎn) 皇 偉

（河南能源化工集團(tuán)永煤集團(tuán)陳四樓煤礦，河南 永城 476600）

1 概況

陳四樓煤礦2801工作面位于八采區(qū)，工作面對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高為+35.16m，工作面標(biāo)高為-529.0～-579.5m，走向長(zhǎng)908～965m，傾斜長(zhǎng)105～234m，總面積198079m2。

由于2801工作面區(qū)域的灰?guī)r含水層水位標(biāo)高遠(yuǎn)高于煤層標(biāo)高，如不采取可靠的措施，無(wú)法保證工作面的安全開采。

2 注漿加固方案

根據(jù)出水鉆孔水壓值及孔口標(biāo)高，計(jì)算出2801工作面區(qū)域太原組上段灰?guī)r含水層水位標(biāo)高約為-93m，二2煤下距太原組上段L11灰?guī)r52.74m，由此推測(cè)2801工作面底板隔水層所受灰?guī)r靜水壓力為4.9～5.4MPa。

根據(jù)采煤工作面安全水頭壓力值計(jì)算公式：

P=TSM

則：M=P/TS

其中：

P-水壓，MPa；

Ts-突水系數(shù)（一般情況下，在具有構(gòu)造破壞的地區(qū)按0.06MPa/m計(jì)算，隔水層完整無(wú)斷層構(gòu)造破壞地區(qū)按0.1MPa/m計(jì)算）；

M-隔水層厚度，m；

工作面底板灰?guī)r靜水壓力取最大值5.4MPa，則2801工作面按正常塊段計(jì)算安全隔水層厚度：

M=P/Ts=5.4MPa/0.1=54m

根據(jù)《陳四樓煤礦煤層底板擾動(dòng)規(guī)律及突水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究》結(jié)果，得到底板破壞深度(h1)和采深(H)之間的預(yù)測(cè)公式：

h1=6.3615ln(H)-26.946

式中：

ln-代表以e為底的自然對(duì)數(shù)；

H-工作面采深（工作面對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高與工作面底板標(biāo)高的絕對(duì)值之和），m；

已知工作面對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高為+35.16m，回采范圍內(nèi)二2煤底板標(biāo)高-529.0～-579.5m，計(jì)算得到H=564.16～614.66m，則工作面采動(dòng)對(duì)煤層底板破壞深度：

h1=6.3615ln(H)-26.946=13.36～13.90m

由以上計(jì)算可知，工作面安全回采隔水層厚度為54m，工作面采動(dòng)對(duì)煤層底板破壞深度取最大值13.90m，則工作面安全隔水層厚度應(yīng)為69.90m。已知L11灰?guī)r距離二2煤層52.74m，即在無(wú)褶曲、斷層等構(gòu)造破壞的正常地層塊段內(nèi)，工作面也存在底板太原組灰?guī)r水突水威脅。

為確保2801工作面安全回采，確定將工作面底板改造至L10灰?guī)r下部約75m厚的完整巖層，從而起到安全隔水的作用。

因2801工作面為八采區(qū)首采面，受F13-1、F13斷層影響，水文地質(zhì)單元相對(duì)獨(dú)立，因此隨著底板注漿工程的開展，根據(jù)施工鉆孔出水量、出水深度、水壓資料進(jìn)行分析后，對(duì)于出水量較大、富水異常、水壓較大區(qū)域可考慮延孔鉆進(jìn)至L8灰?guī)r，以達(dá)到板注漿加固效果，增強(qiáng)煤層底板有效隔水層厚度的目的。

3 注漿施工

3.1 設(shè)備、材料選型及材料配比

鉆探設(shè)備選用ZDY3200S型全液壓鉆機(jī)，開孔選用Φ140mm鉆頭，正常鉆進(jìn)期間為Φ92mm的PDC復(fù)合片鉆頭；圓鉆桿Φ73mm，單根長(zhǎng)1m，三棱鉆桿Φ73mm，單根長(zhǎng)1m及配套直徑4寸高壓閘閥和防噴裝置。

注漿設(shè)備：井下注漿泵選用2TGZ-60/210型和2TGZ-120/105型，地面注漿站選用3NBB-260/7型泥漿泵。見表1。

表1 鉆探注漿設(shè)備一覽表

3.2 鉆場(chǎng)的布置

每組鉆場(chǎng)包括鉆機(jī)窩、注漿泵窩、沉淀池及其連通的水溝。

鉆場(chǎng)采用工作面一側(cè)布置，切眼與停采線間每100m布置一組，遇有斷層或其他構(gòu)造影響時(shí)可做適當(dāng)調(diào)整。

注漿泵窩用于放置注漿泵、鉆機(jī)泵站、注漿材料、配件等。

3.3 鉆孔施工管理及要求

（1）鉆孔出水后必須測(cè)定出水深度、出水量、水溫、水壓等基本參數(shù)，以便于進(jìn)行分析。

（2）當(dāng)鉆孔施工過程中揭露斷層及其破碎帶時(shí)，易發(fā)生塌孔埋鉆現(xiàn)象。因此，要進(jìn)行注漿加固破碎帶，封堵導(dǎo)水裂隙，防止在鉆孔揭露含水層后，出現(xiàn)斷層裂隙帶跑水或跑漿現(xiàn)象，并能解決塌孔埋鉆問題。

注漿方式采用下行式注漿：當(dāng)鉆孔出水后，由于水量較大頂水無(wú)法鉆進(jìn)或鉆孔水量達(dá)到20m3/h以上，滿足地面注漿條件時(shí)，可以拔鉆地面注漿，每次地面注漿終壓必須達(dá)到11MPa，待孔內(nèi)漿液凝固12h后方可透孔鉆進(jìn)，直至終孔。鉆孔注漿合格后，必須于2d內(nèi)進(jìn)行封孔處理，以達(dá)到較好的封孔效果，防止由于放置時(shí)間過長(zhǎng)造成封孔質(zhì)量下降。

（3）判定單孔施工質(zhì)量合格并結(jié)束應(yīng)滿足以下要求：鉆孔施工按設(shè)計(jì)傾角、方位施工并達(dá)到設(shè)計(jì)孔深；地面及井下注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力值；注漿量（以t為單位）小于出水量（以m3/h為單位）的1/2，經(jīng)過掃孔、延孔的；鉆孔封孔后周邊無(wú)漏水、滲水。

（4）判定鉆場(chǎng)施工質(zhì)量合格并結(jié)束應(yīng)滿足以下要求：鉆場(chǎng)內(nèi)所有設(shè)計(jì)鉆孔均施工合格并經(jīng)過驗(yàn)收；鉆場(chǎng)內(nèi)所有設(shè)計(jì)鉆孔的套管露出底板長(zhǎng)度均不大于100mm；鉆場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)掉鉆具、塌孔無(wú)法鉆進(jìn)、注漿量與出水量不匹配等異常鉆孔補(bǔ)加鉆孔施工；鉆場(chǎng)內(nèi)針對(duì)富水異常區(qū)、構(gòu)造發(fā)育區(qū)域所施工的檢驗(yàn)鉆孔，出水量須小于該鉆場(chǎng)原出水鉆孔的平均水量的1/2；鉆場(chǎng)內(nèi)所有鉆孔封孔質(zhì)量合格。

（5）每個(gè)鉆孔施工完畢后，都要進(jìn)行驗(yàn)收和總結(jié)。內(nèi)容包括鉆孔開孔日期、終孔日期、下套管長(zhǎng)度及質(zhì)量、出水深度、出水層位、出水量、水壓、水溫、注漿量、封孔質(zhì)量、施工過程中出現(xiàn)的故障等，對(duì)鉆孔注漿質(zhì)量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，對(duì)施工的鉆孔分段記錄施工負(fù)責(zé)人和施工人員，并分鉆場(chǎng)、工作面建立技術(shù)檔案。

（6）綜采工作面底板灰?guī)r含水層富水性中等，灰?guī)r含水層富水性、裂隙發(fā)育程度不均一，施工期間重點(diǎn)對(duì)斷層附近灰?guī)r含水層及底板裂隙、物探異常區(qū)和鉆探富水區(qū)進(jìn)行注漿改造，施工中通過引流注漿的方法提高鉆孔的可注性，使其注漿量提高。

3.4 施工效果

2801工作面施工鉆孔終孔層位為L(zhǎng)8灰?guī)r，工作面里段區(qū)域鉆孔出水量較小，工作面外段區(qū)域?qū)Τ鏊枯^大的灰?guī)r含水層加密布置鉆孔，使鉆孔對(duì)工作面L11、L10、L8灰?guī)r做到了全覆蓋，富水含水層以L10灰?guī)r為主，各層灰?guī)r含水層注漿量與出水量比值遠(yuǎn)大于0.5:1，注漿質(zhì)量較好。

后期根據(jù)鉆孔的出水層位、出水量、注漿量和施工順序進(jìn)行綜合分析，對(duì)部分出水量較大、注漿量較小的區(qū)域周邊20m范圍進(jìn)行了補(bǔ)孔檢查和驗(yàn)證，最后序次施工的檢驗(yàn)、驗(yàn)證鉆孔在L11、L10灰?guī)r未出水或出水量小于20m3/h，在L8灰?guī)r出水量小于30m3/h，證明部分鉆孔雖注漿量較小，但由于灰?guī)r裂隙發(fā)育不均一，注漿期間已對(duì)灰?guī)r主要裂隙進(jìn)行了封堵，達(dá)到了較好的注漿效果。

4 結(jié)語(yǔ)

2801工作面通過開展底板灰?guī)r含水層改造，有效封堵了煤層底板導(dǎo)水裂隙，將煤層底板至灰?guī)r底部的灰?guī)r含水層改造成有效隔水層及弱含水層，可以確保工作面安全回采，降低防治水成本，達(dá)到增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。