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煤层底板注浆改造施工工艺

摘要：根据华北型煤田部分矿区奥陶系石灰岩含水层富水性强的特点，利用煤层底板注浆改造方式，可解放受水威胁煤层。本文简要介绍了煤层底板注浆改造的施工工艺。

关键词：煤层；注浆；工艺　　

华北石炭二叠系煤田污水处理池施工方案，煤系基底为巨厚的奥陶系石灰岩含水层，煤层开采时，底板岩溶水往往以数倍以至数十倍于矿井排水能力的水量涌入矿井，严重危及着矿井安全生产及工人生命安全。

奥陶系灰岩一般富水性强且水头压力高，华北型煤田的大部分矿区赋存着较稳定的本溪群徐家庄薄层灰岩含水层。部分矿区奥灰与徐灰的间距小（如肥城矿区10－16ｍ，井陉矿区15ｍ左右），或存在变薄带、构造破碎带、导水裂隙带，致使二者之间水力联系密切，宏观上实为一个含水体。国外防治水均系大规模大排量疏降方法，主要着眼于水量与水位关系的认识和改造，这与他们的雄厚经济实力和能源条件分不开。若采用疏水降压实现安全开采，则疏排水费用太高、浪费地下水资源且经济上不合理，经长期生产实践，采取的是积极预防为主的带压开采，主要着眼于对隔水层、水压、水量、构造等综合水文开采条件的认识，可通过对奥灰之上的薄层灰岩（如徐家庄灰岩）含水层注浆改造，改造其富水性，加固底板，封堵水源补给通道，截断水流，提高其阻水能力，形成一定厚度的有效隔水层，从而防止采中、采后突水，实现安全采煤。如井陉矿区对三矿4733、3740、27215，一矿9606、4720、4761等工作面进行了注浆加固，共安全采出煤量42.3万吨；肥城矿业集团公司每年通过注浆改造安全采出受水威胁煤炭260多万吨，占总采出量的40%。

采用地面注浆站，通过注浆管路和井下工作面注浆孔对薄层灰岩预注浆，充分利用薄层灰岩的坚固性和岩溶裂隙的可注性，使浆液在注浆压力的作用下沿着岩层裂隙扩散、沉淀、结石，最后充填岩层裂隙，把薄层灰岩中的水置换出去，使薄层灰岩不含水或弱含水，从而形成完整的注浆系统工艺流程。

粘　土　　　　　　　　　　　　水泥　　水　　　　添加剂（水玻璃）

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泥浆搅拌　　　供浆泵　　→　　一级搅拌池　　　泥浆泵　→　输浆管　→　钻孔

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原浆池　　→　储浆池　　　　　　　筛子　→　二级搅拌池　　　　薄层灰岩溶洞裂隙

在工作面上下两巷，一般按浆液扩散半径10－30ｍ均匀布设钻孔，力求使浆液在整个工作面或改造范围内覆盖率达80%以上。工作面初压及周压段、构造发育段、含水层富水段、隔水层变薄区要加密布孔，并使钻孔尽量与裂隙发育方向垂直或斜交，穿透含水层。肥城矿区一般在工作面的轨道运输巷每隔60－80ｍ施工一钻机房，以不同的倾角、方位分别向工作面的上、中、下各部位施工2－4个钻孔。

注浆改造以最大量进浆，最大范围的扩散，最大限度充填为目的。应采用全段连续注浆方式，分孔序连续注浆，直至达终孔压力止，如发现工作面底板跑浆，可间歇注浆。

以粘土为主要原料，在粘土浆中掺加适量的水泥，必要时可掺加少量的水玻璃。

⑴粘土。是浆液的主要成分，要求具有一定的塑性指数。研究表明，塑性指数15以上的粘性土一般均可作为配制浆液的原料，且塑性指数越高，粘土颗粒的分散性越好，造浆（粘土浆）的效率越高。

⑵水泥。是浆液的结构生成结构生成剂，水泥颗粒的水化作用使得浆液具有一定的结构强度，而且浆液结构强度的增长与水泥颗粒水化反应速度有关，水化反应越快，浆液结构强度增长亦越快。虽然普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥都可用来配制浆液，但一般情况应优先选用425号或525号普通硅酸盐水泥。

⑶水玻璃。是浆液的添加剂，它促使水泥颗粒更快地水化，在浆液结构形式过程中起加速凝固的作用。

注浆结束标准常用最终吸浆量、最终压力和稳定时间三个指标来表示。最终吸浆量是指注浆至最后时的允许吸浆量（ｑ），一般ｑ∠40－60L/min；最终压力（设计压力）一般为不低于孔口水压的2.5－3.5倍；稳定时间一般为20－30min。

实践证明，注浆压力越大，浆液扩散范围越大，对被注的薄层灰岩裂隙充填越饱满。

⑴注浆前先对注浆孔放水0.5－1小时，将沉淀在孔内的碎石、岩溶裂隙中的充填物冲出，以使裂隙畅通。

⑵水灰比、比重、稠度视单孔涌水量及岩溶发育程度确定。

⑶注浆过程中要根据进浆、泵压等情况，及时调整泵量及浆液配比。

⑷达到注浆结束标准时，关闭孔口阀门，用清水将管路冲洗干净，并检修好注浆设备。

⑸第一次序孔注浆完毕后，可根据需要布设第二次序孔，用于检查注浆效果或视薄层灰岩赋水性补充注浆，依次类推。

注浆的根本目的在于通过充填封堵出水通道及煤层底板裂隙，达到加固底板和增强隔水层厚度、强度的效果。材料以粘土浆和水泥浆混合液为主，分静态注浆和动态注浆两个方面。

浆液通过注浆孔直接进入并充填在薄层灰岩含水层（如徐家庄石灰岩）溶洞裂隙及煤层底板裂隙中贵昆铁路施工组织设计，先采用浓度较小（根据钻孔涌水量及底板裂隙发育情况确定）的粘土浆进行裂隙充填，采用由稀到稠连续注浆方式使混合液通过注浆孔充填到溶洞裂隙中去。以孔口压力达到孔口水压的2.5－3.5倍做为充填饱和和终止注浆封堵的标志。

由于底板破碎及巷道、采面渗水等原因，在注浆孔附近及巷道采面形成水力联系通道时，需采用动态注浆。首先加大浆液浓度，采取循环注浆方式。若达不到效果则采取特殊注浆，一是采用水玻璃和粘土浆液进行双液注浆，以加快动态情况下浆液的硬化速度；二是根据裂隙及溶洞比较发育不易充填的实际情况，有针对性的向孔内填塞海带、粉碎玉米芯、锯末、刨花、小海棉块、豆子、砂子等骨料，利用其膨胀系数大的特性，保证充填固结强度。肥城矿业集团大封煤矿自1986年来，共计堵水54处，累计堵水4620ｍ3/ｈ，其中用粘土水泥浆堵水40处，累计堵水3500ｍ3/ｈ，用粘土水泥浆堵水，堵水速度快，效果好，以9206面为例，面倾斜长平均75ｍ，走向长410ｍ，最低标高－77.4ｍ，面共发生突水七次，最小一次36ｍ3/ｈ，最大一次436ｍ3/ｈ，最长堵水时间8天，最短4小时，而且出现一孔堵两处出水点的现象。

⑴把实际注浆量与预计注浆量进行比较，看两者的符合程度。

⑵施工检查孔，取芯观察其充填胶结情况。

⑶从检查孔水量方面来评价注浆改造效果。肥城矿区的经验为检查孔水量－100ｍ水平以上不大于50ｍ3/ｈ、－100ｍ――350ｍ水平不大于30ｍ3/ｈ、－350ｍ水平以下不大于20ｍ3/ｈ；井陉矿区规定单孔水量小于6ｍ3/ｈ为合格。

封堵加固的部位应在采动破坏带以下，避免在破坏带内加固，采动之后仍受破坏。当顶板坚硬不易冒落而形成悬顶跨距过大时，则应人工放顶，减少悬顶面积，促使回采过程顶板正常冒落，保持正常压力。

[1]柴登榜主编，《矿井地质工作手册》，煤炭工业出版社，1984.

[2]李白英、弥尚震，《采矿工程水文地质学》，山东矿业学院，1988.

[3]赵　斌等，《注浆堵水加固技术及其应用》，煤炭工业出版社铁路路堑施工方案，1998.