注漿加固防治底灰水技術(shù)優(yōu)化

胡 亥

（同煤集團(tuán)晉華宮礦地質(zhì)科，山西 大同 037016）

晉華宮礦作為同煤集團(tuán)生產(chǎn)的主要礦井之一，11#煤層305 盤區(qū)8502 工作面東部與5504 巷道相連，南部是實(shí)體，西部與吳官屯礦相鄰，北部是回風(fēng)巷，開(kāi)采面積約14 100 m2。工作面由綜采四隊(duì)技術(shù)室進(jìn)行開(kāi)采，在掘進(jìn)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)注漿加固后的底板仍有突水情況，影響正常的開(kāi)采。 因此，需要對(duì)煤層底板注漿加固技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)[1]，以提高底板的硬度。

1 礦井概況

8502 工作面可開(kāi)采走向長(zhǎng)940 m，傾斜長(zhǎng)150 m，煤層厚度在4.62～7.7 m，煤層傾角為5°～12°。8502 工作面進(jìn)行回采期間， 工作面上覆的2502 巷存在大量積水，且局部巖層出現(xiàn)破碎，富水性較強(qiáng)，通過(guò)裂隙帶構(gòu)成水力聯(lián)系，回采工作面煤層頂板是灰黑色粉砂巖，水平層節(jié)理發(fā)育。 工作面內(nèi)共發(fā)育有6 條斷層，其中有兩條對(duì)回采有較大的影響，有3條對(duì)回采有一定的影響，因此，要隨時(shí)觀測(cè)斷層的情況。 工作面內(nèi)主要水源是底板奧灰水，正常涌水量為1.86 m3/min，最大涌水量為2.48 m3/min，水壓為7.45 MPa。 11#煤層的富水性較強(qiáng)，煤層底板隔水層的厚度約26 m，突水系數(shù)為0.28 MPa/m，底板突水的臨界值大于0.1 MPa/m，可見(jiàn)煤層底板存在突水的危險(xiǎn)， 因此必須對(duì)8502 工作面的煤層底板進(jìn)行注漿加固改造。

2 底板突水情況

對(duì)8502 工作面的突水情況進(jìn)行調(diào)查分析，得到煤層底板的突水情況及突水原因[2]，見(jiàn)表1。

表1 工作面突水情況及原因

3 注漿加固技術(shù)改進(jìn)

3.1 注漿加固技術(shù)要求

（1）注漿原則。 對(duì)煤層底板進(jìn)行鉆孔注漿時(shí)，要確保注漿的連續(xù)性，減少鉆孔的工作量，對(duì)導(dǎo)水通道及底板裂隙進(jìn)行有效封堵。 如果一個(gè)單孔的注漿量大于2 000 m3時(shí)，可以選擇在注漿的過(guò)程中留有間歇，一般為4h，在間歇期間，要確保將注漿管路清洗干凈，如果在采用間歇方式后仍然達(dá)不到工程要求，可采用注固體材料的方式來(lái)進(jìn)行加固。

（2）注固體材料。 在進(jìn)行注漿的過(guò)程中，如果出現(xiàn)注漿壓力長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定，或者巷道的底板出現(xiàn)跑漿等狀況， 則需要更改注漿材料， 使用鋸沫、大豆、海帶絲等固體材料[3]來(lái)對(duì)導(dǎo)水裂隙進(jìn)行充填。在吸漿池中均勻地撒上鋸沫，要注意控制鋸沫的撒入量，不能影響泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，或是在井下的孔口處安裝注入器，將海帶絲和大豆等固體材料輸送到鉆孔中。

（3）終孔標(biāo)準(zhǔn)。 在注漿完成后，設(shè)計(jì)的終孔壓力為15 MPa，在一檔注漿達(dá)到所設(shè)定的壓力后，需進(jìn)行二檔注漿， 注漿時(shí)要保持恒定壓力10～30 min，完成后方可結(jié)束注漿。

（4）鉆孔布置。 鉆場(chǎng)選在回風(fēng)巷的兩側(cè)，鉆場(chǎng)的長(zhǎng)寬各4.5 m，高2.5 m，每個(gè)鉆場(chǎng)布置4 個(gè)鉆孔進(jìn)行注漿，再設(shè)置2 個(gè)注漿檢驗(yàn)孔進(jìn)行最終檢驗(yàn)。 設(shè)計(jì)鉆孔時(shí)盡量確保鉆孔的方向垂直于或斜交于斷裂構(gòu)造發(fā)育的方向， 讓孔穿過(guò)煤層底板的裂隙，以確保注漿的效果。 鉆孔一般布置成斜向孔，離導(dǎo)水層段盡量長(zhǎng)些， 上下巷內(nèi)側(cè)的鉆孔要重疊起來(lái)，不留下盲區(qū)，對(duì)構(gòu)造斷裂發(fā)育段、破碎帶、隔水層薄等區(qū)域要重點(diǎn)保護(hù)，有必要時(shí)要增加鉆孔的數(shù)量。 根據(jù)8502 工作面的改造工程， 在工作面回風(fēng)巷距切眼120 m 處， 沿巷道的下幫煤層底板為第一個(gè)鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)間隔100 m，共布置8 個(gè)鉆場(chǎng)。 在鉆場(chǎng)正對(duì)工作面的方向進(jìn)行鉆孔布置，每個(gè)鉆孔深120 m，傾角為0°，方位角為4.7°，終孔間距10 m，共布置20 個(gè)鉆孔，鉆探掘進(jìn)346 m。

（5）鉆孔的結(jié)構(gòu)和要求。終孔層在煤層底下70 m處，終孔的孔徑要大于75 mm，孔口的管套下放至煤層的底部；其中二級(jí)止水套管口到底板的距離為5 m，選用D40 的地質(zhì)管作為套管，套管的壁厚一般大于4.5 mm； 要求一級(jí)止水套管的壓力大于10 MPa，保持恒定壓力30 min，二級(jí)止水套管的壓力大于15 MPa，保持恒定壓力30 min。

3.2 注漿加固工藝方法

晉華宮礦8502 工作面煤層的平均厚度為6.16 m，水頭壓力為7.45 MPa， 突水系數(shù)為0.28 MPa/m。在常規(guī)的注漿工藝基礎(chǔ)上， 針對(duì)8502 工作面底板的富水性強(qiáng)、隔水層薄的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)高壓注漿的工藝方法。

采用分散制漿機(jī)進(jìn)行制漿。 可注性較好，漿液比較細(xì)膩且流動(dòng)性強(qiáng)，單孔的注漿量高，可以減少鉆孔的數(shù)量，注漿主要是將巖層裂隙進(jìn)行封堵，根據(jù)鉆孔的出水量和吸漿量， 對(duì)漿液密度進(jìn)行調(diào)整，水灰比在3:1～1.5:1 之間，密度在1.20～1.37 g/cm3之間。

采用細(xì)管多路進(jìn)行輸漿。 將輸漿管的直徑改為1.5 寸，加速漿液的流動(dòng)，減少漿液的沉淀，從而使堵管現(xiàn)象減少。

采用二級(jí)和三級(jí)雙重套管進(jìn)行固管防噴。 其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1[4]，這種串聯(lián)的結(jié)構(gòu)可以使止水套管的抗壓抗拉強(qiáng)度增強(qiáng)，減少注漿時(shí)套管脫落或變形漏漿等情況。

圖1 雙重套管結(jié)構(gòu)

采用反復(fù)透孔進(jìn)行注漿。根據(jù)注漿加固的技術(shù)要求，注漿的最終壓力為15 MPa，保持恒定壓力30 min后，單孔注漿結(jié)束，凝固時(shí)間30h 以上再對(duì)注漿的效果進(jìn)行檢驗(yàn)，采用透孔的方法，如果涌水量在0.2 m3/h，則注漿合格，以此來(lái)確保每個(gè)孔的最終注漿效果。

4 應(yīng)用分析

對(duì)8502 工作面改進(jìn)后的注漿效果進(jìn)行檢測(cè)，采用直流電探測(cè)方法對(duì)注漿前后的底板進(jìn)行探測(cè)，得到工作面注漿前后的視電阻率斷面見(jiàn)圖2， 可以看出，圖中的等值線越低，巖層出現(xiàn)破碎的可能性就越大， 煤層的富水性及底板的裂隙發(fā)育也就越強(qiáng)。

圖2 視電阻率斷面

從圖2 可以看出，在通尺1 800～2 080 m 處，鉆探的結(jié)果是，工作面距底板的間距為29 m，在注漿前工作面附近存在多處低電阻異常區(qū)域，在低電阻區(qū)域， 底板距頂界面的距離小于16 m， 在回采時(shí)，極易出現(xiàn)底板突水事故，而其他地段出現(xiàn)底板突水的可能性較小。 在注漿后工作面附近只有一個(gè)低電阻異常區(qū)域，底板距頂界面的距離為14 m，在回采時(shí)，探測(cè)范圍內(nèi)出現(xiàn)底板突水的可能性較小。

根據(jù)上述結(jié)果，可以看出對(duì)底板使用改進(jìn)后的注漿加固技術(shù)效果較好， 目前工作面回采300 m，未出現(xiàn)突水事故，注漿起到一定的作用。

5 結(jié)語(yǔ)

1）通過(guò)對(duì)晉華宮礦區(qū)煤層底板的突水事故的分析， 礦區(qū)的地質(zhì)以及水文條件都會(huì)對(duì)底板造成破壞，出現(xiàn)底板突水事故，對(duì)工作面注漿加固后仍有突水情況，因此要對(duì)煤層導(dǎo)水體及構(gòu)造等進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)。

2）對(duì)煤層底板注漿加固技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，給出高壓注漿的工藝方法，以確保每個(gè)鉆孔的注漿效果。

3）對(duì)改進(jìn)后的底板注漿加固效果采用直流電法進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，改進(jìn)后的注漿加固效果明顯，開(kāi)采過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)突水事故。