1、625 工作面底板灰岩注浆改造技术摘要：以淮北杨庄矿625 工作面底板灰岩含水层改造工程为例，介绍了 6（10）煤防治底板灰岩含水层注浆加固改造工程的背景条件、实施方案与钻进、注浆工艺。依据注浆量、透孔或取芯验证和一、二次物探对比等综合测试技术，评价注浆改造效果。 关键词：注浆工艺; 钻探; 隔水性改造 中图分类号：P634 文献标识码： A 前 言 一、地质及水文地质概况 杨庄煤矿位于安徽省淮北市烈山区，隶属于淮北矿业集团公司。井田地层属于华北型，石炭系二迭系含煤地层覆盖于奥陶系灰岩地层之上。井田地处闸河复向斜的南段，以宽缓的褶皱构造为主，次级褶曲发育，区内小型断层比较发育，大中型断层相对较
2、少。含煤地层上部被第四系冲积层覆盖，地面标高+29.6m 左右。 二迭系山西组 6（10）煤层是本矿主采煤层之一，6（10）煤层开采过程中受底板太原群灰岩水害的严重威胁。从 1994 至 2005 年的 12 年中，该矿 6（10）煤层的开采曾发生 6 次底板太原群灰岩突水，涌水量80130m3/h。625 工作面水文地质条件十分复杂，表现在物探资料揭露，工作面里段 105m 灰岩水存在原始导高 Cp，而且该段掘进时顶底板出水量 20 m3/h，经水质化验判断为灰岩水。 6（10）煤底板以下 4558m 段岩性为泥岩厚度 2.4m，砂岩厚度36m，海相泥岩 15.0m，构成相对隔水层，其下为太
3、原群岩溶裂隙含水组（简称“太灰” ） ，总厚度约 156m，以薄层灰岩与煤层、泥岩互层为主，所见灰岩共 12 层，从上至下分别简称为“1 灰12 灰” 。灰岩累计厚度69m，单层厚度较大的有 3 灰、4 灰、11 灰、12 灰等。根据各单层灰岩厚度及层间距的大小，可将本组分为上、中、下三个含水段，上段 1 灰至4 灰，中下段 5 灰至 12 灰。各段相对独立，正常地段不存在越流补给关系上段距开采煤层较近，是 6（10）煤开采的主要充水含水层。含水层岩溶裂隙发育，富水性强，钻孔单位涌水量 q =2.33811.313L/s.m，渗透系数 K =0.12897.16m/d，水压 3.8MPa。为保
4、证625 工作面安全生产，采前对该面底板灰岩含水层进行了注浆加固，改造含水层为隔水层，提高底板综合抗水压能力。 二、底板灰岩含水层的改造方案 （1）加固地段与改造含水层位 根据淮北矿区经验，当突水系数 Ts 值小于 0.07MPa/m 时 6（10）煤层开采一般才是安全的。由于工作面的灰岩水压值 P=3.8 MPa，根据矿井水文地质规程 ，突水系数 Ts 满足公式 将突水系数 Ts、水压 P、灰岩水导高 Cp 代入该式，可以反算出隔水层厚度 PN 厚度应当大于 66m。根据 6 煤底板隔水层厚度及岩性，本着加固后的底板厚度既能满足防治水的需要，又要经济合理的原则，确定底板改造方案为：以改造 1
5、 灰3 灰为主，兼顾加固砂岩，尤其以改造 1灰2 灰含水层位为重点。 （2）工程布置 根据注浆改造方案，机巷钻孔层位穿过 1 灰，进入 2 灰 1m。2 灰钻孔按照浆液扩散半径50m 均匀布置，特殊地段（断层裂隙发育区等）和物探异常区加密布孔，钻孔孔底平面间距一般为 60m，机巷侧布孔原则上孔底距巷道 40m。沿机巷布置钻场钻孔，斜距 80110m，平均 96m，钻孔倾角 3035。沿工作面走向设计钻孔 3 排，其中机巷内侧断层下盘1 排（2 个孔） （见图） 。钻孔设计方向与断裂构造和裂隙发育方向尽量正交。钻孔以斜孔为主，使钻孔揭露的含水层段尽量长，以增加注浆量。钻孔布置还要便于钻孔排水、有
6、利于注浆。 三、钻孔施工、注浆工艺 （1） 钻孔施工 考虑到625 工作面斜长达 125m，工作面钻进过程中采用 ZDY-1900S大功率、高钮矩钻机施工。为揭露更多裂隙，提高注浆改造效果，所有钻孔基本低角度施工，即面内异常机巷开孔，本次注浆采用地面注浆站造浆（注浆量，浆液浓度微机自动控制计量） ，91 钻孔和 32 高压管路输送系统。应用结果表明，地面注浆站系统因其造浆和输送的连续性、浆液密度的可控性，非常适合于大量连续注浆需要，具有井下注浆站无法比拟的优越性。主要注浆设备为 M3B260/7 型四档变量泥浆泵。钻孔结构为：开孔直径 130mm，终孔直径 91mm。04m 用 127mm 的
7、护壁管；110mm 孔径下 108mm 止水套管 2839m（视钻孔角度确定，保证距底板法向间距 10 米以上） ，其下为 91mm 裸孔，108mm 止水套管耐压不少于 10 MPa。 每一钻场首先施工高角度钻孔，其次钻孔间隔施工，相互作为探查孔。底板探查孔和底板注浆孔施工至砂岩段，灰岩含水层段分别做压水试验，掌握管路、水泵性能，探查各含水层段的裂隙发育情况，求得相应含水层参数，事先预计钻孔注浆量，根据注浆情况可初步评价注浆效果。对注浆效果通过检查孔验证。检查孔的数量不少于注浆孔的 20%，当检查孔出水量大于 20m3/h 时，认为注浆效果没达到要求，需进行复注。重点检查地段为构造带、物探异
8、常区、富水区、注浆量少及水电影响地段。 （2）注浆工艺 选用 425#普通硅酸盐水泥作为注浆材料，辅助材料为粉煤灰。浆液浓度的控制原则是：为保证浆液扩散得较远，浆液浓度不宜过大，一般水泥浆液水灰比应控制在 1:2 左右，最高不超过 1:3，最低不低于 1:1，先期注稀浆，后期逐渐增大浆液浓度。控制注浆压力一般为钻孔静水压力的 1.52 倍，最大不超过 9MPa。当单位时间吸浆量小于 40L/min 且稳定 10min 即可结束注浆。通常本着充分进浆的原则，对注浆量不做限制，但单孔注浆量超过 386 吨水泥，可考虑增加注浆浓度。 如果注浆加固孔砂岩段出水，无论水量大小，均实行分段注浆；即使砂岩段
9、出水不明显，压水试验的水压低于 4MPa 也进行分段注浆，以确保高渗透率地段充分进浆。只对全段不出水且水压试验无异常的钻孔实行终孔全段注浆。 工程中要求涌水量大于 30m3/h 的钻孔在注浆结束后要进行透孔，以检验钻孔涌水量，至钻孔涌水量小于 30m3/h 为止。在实际施工时个别钻孔曾透孔 4 次。 四、底板注浆加固及含水性改造效果检验 本次钻进采用 ZDY-1900S 钻机施工（钻杆自动拧卸，辅助工序少，钻进效率高） 。从 2007 年 1 月5 月的 20 天时间内共在625 机巷 3 个钻场内共施工 4 个孔，钻进工程量为 435m，平均钻进效率为 22m/d.台。 625 工作面底板改造注浆工程中，4 个注浆孔共注水泥 591 吨，最大单孔注浆量达 196 吨，平均单孔注浆量 147.8 吨。注浆后进行了二次电法检查，透孔压水试验及取芯验证注浆质量。二次电法资料显示注浆后灰岩视电阻率低阻异常大大削弱，底板隔水性能显著增强，注浆效果良好；取芯验证，灰岩含水层裂隙内有水泥浆充填。检验后期的压水试验，灰岩内在低泵量下已压不进水，单位吸涌水量大大减少,表明达到改造含水层为隔水层的目的。 作者简介： 吴超伟（年龄 1979） ，男，安徽淮北人，从事煤矿生产技术管理工作.
