底板含水层注浆改造技术浆改造技术

底板含水层注浆改造技术

一、适用条件

在承压区含水层的富水区，强径流带或底板不完整的工作面，采用疏水降压和帷幕注浆难度大、经济不合理时，可通过薄层灰岩含水层注浆改造。

煤层底板注浆改造含水层，是沿工作面上下平巷大面积布置注浆钻孔，通过注浆钻孔注浆来充填底板灰层含水层的岩溶裂隙和导水裂隙，从而大大减弱含水层的富水性并切断水源补给通道，使受注含水层被改造为不含水或弱含水层，实现工作面不突水开采。山东肥城和河南焦作等矿区通过多年的实践探索，总结出在下面两个条件下采作注浆改造方法可取得较好效果：

（1）煤层底板薄层灰岩含水层富水性强，单位降深疏水量大于5m3/h·m；突水系数在复杂地段超过0.06MPa/m，在正常地段超过0.1MPa/m。

（2）工作面存在构造破裂带、导水裂隙带等。

二、注浆孔的布设和施工

（一）钻孔布设的原则

有条件的先要进行物探，再根据物探资设计钻孔。一般在采煤工作面的运输巷每隔

60m~80m施工一钻机房，在钻机房内以不同的倾角、方位分别向工作面内上、中、下各部位施工2～4个钻孔。工作面初压和周压段构造发育段（尤其是断层交叉部位）、含水层富水段、隔水层变薄区，都要酌情加密，并尽量与裂隙发育方向垂直或斜交。

（二）钻孔结构

注浆孔的终孔孔径不小于73mm，钻孔要下二级套管，一级管直径146mm~159mm，二级管直径为89mm~108mm。一级套管的底口距煤层面法向深度不低于5m，二级套管距煤层面法向深度不低于15m。两级套管均需注浆、固结、耐压试验，合格的方可继续钻进。

（三）钻孔施工顺序

为使注浆钻孔能有效命中富水地段，减少钻探工程量，注浆孔要分三个序次施工，先施工第一序次钻孔，完成一个注一个，以免串浆，造成废孔。完成第一序次后，再施工第二序次孔，全部注浆结束后，视钻孔水量和进浆情况补打第三序次的检查孔。

（四）钻孔施工技术要求

（1）为确保施工人员人安全，在水压在于1.5MPa时必须使用防喷装置和孔口钻杆卡持器。

（2）孔口管下好后必须进行耐压试验，压力达到设计注浆终孔压力，持续20min以上。

（3）孔口要安设与注浆孔压力相匹配的水门。

（4）终孔位置一般要穿过含水层，由于水大（大于200m3/h）、孔深，施工因难时可以不穿透含水层或换用小径钻进，但进入含水层的垂直厚度不得小于含水层的1/2。

（5）认真做好现场不班记录，准确记录初始涌水量和最大涌水量、岩层层位、换层深度、进入含水层前有无“导高”、进入含水层后岩溶的发育程度等，便于进行资料分析。

三、注浆系统

煤层底板含水层改造注浆系统采用地面集中建站、造浆，所制得浆液通过泥浆泵、注浆管路、送料孔、井下管路、注浆钻孔进入受注含水层（见图4－16）。

（一）注浆材料

以黏土、水泥为主，可视钻孔涌水量大小，可适当增加少量水玻璃，提高注浆效果。

（1）黏土：是黏土水泥浆的主剂，通常占干料的80％左右。实践证明，塑性指数为7～15，主要成分为高岭石的黏土配制的水泥浆，性能较好。

（2）水泥：对凝胶体起结构成型作用，通常采用425号普通硅盐水泥或矿渣硅酸盐水泥，占浆液干料的10％～30％，一般为20％左右【插图1幅】

（二）注浆设备

注浆系统中主要注浆设备有泥浆和输浆管路等。一个注浆站一般需要两台注浆泵，一台正常运行，一台检修备用。根据肥城和焦作矿区的经验，泥浆泵流量为100L/min~250Lmin,压力为4MPa~10MPa，可满足注浆要求。输浆管路用60×6无缝钢管及配套的快速接头为宜。

（三）注浆方式

对含水层采用全段连续注浆方式，尽量充填实岩溶裂隙，对初始水量大于150m3/h的钻孔，可先注浆，然后再穿透含水层，相邻钻孔在含水层段间距小于50m时，不得同时穿透含水层。

（四）注浆参数

水灰比、相对密度、稠度视单孔涌水量及岩溶发育程度而定。单液水泥浆的水灰比为0.8﹕1～2﹕1；黏土水泥浆中黏土的比重为1.12～1.18，每立方米黏土水泥浆中水泥掺入量为0.1t~0.4t，水玻璃与黏土水泥浆的体积比为0.5％～3.0％。单孔注浆结束标准：当泵量在80L/min以下时，工作面注浆孔孔口的压力达到终孔压力，持续时间不低于20min，即可结束。

四、注浆效果检查

（一）钻探检查

检查孔的数量不少于注浆孔的20％。检查孔水量大于30m3/h。要继续进行注浆改造，注后再检查，直至小于30m3/h。检查孔的布置要重点考虑褶区的轴部、断层破碎带、断层的分叉尖灭区部位、含水层的富水区、注浆质量相对较差的地段。

（二）物探检查

有条件的在注浆改造之前先进行物探，注浆改造之后再进行物探比较，从而检查注浆改造结果。其方法有直流电透视法、电测探法，亦可两种方法相结合。

五、注浆技术措施

（1）注浆前，对注浆输送管路进行耐压试验，试验压力不低于设计终孔压力，持续时间不低于20min，试验合格方可准备注浆。

（2）每孔注浆前，要观测其水量和水压，并进行单孔放水，放水时间不小于10min，以孔内无岩粉、水变清为宜。在连接注浆管路后，向孔内作压水试验，其目的是扩张裂隙，提高注浆效果，压入孔内的水量不得少于管路总体积的2倍，无异常变化方可注浆。

（3）注浆过程中，检验人员要严格检验标准，做到每池浆液必须化验，并做认真记录。记录员要准确详细记录泵压、孔口压力、浆液相对密度、泵量、注入浆液体积、黏土量、水泥量等情况。

（4）注浆过程中如发现钻孔串浆、堵塞钻孔和钻孔水量明显变小时，要重新扫孔注浆。

（5）若单孔进浆量较大时，可间歇注浆，每次注浆结束后，应及时用清水冲洗管路，并对注浆设备进行检修。

六、应用示例

底板含水层注浆改造，最初在山东肥城矿务局开展试验，现已在河南焦作、河北峰峰等大水矿区依次推广使用。十年来，肥城矿务局已在100多个工作面应用了注浆改造技术，安全采出受水威胁煤炭储量1000余万吨，取得了显著的社会效益。

下面对肥城矿务局查庄矿某工作面的应用情况简单介绍。

（一）某采煤工作面水文地质条件简况

该工作面主采石炭系太原组八层煤，平均煤厚1.95m，倾角80左右，工作面掘进过程中，曾揭露2条小断层，落差分别为0.8m和1.6m。八层煤下距五灰含水层32m，下距奥灰含水层51m。五灰是矿井直接充水含水层，受奥灰水间接补给。

据观测资料，五灰水位+28.3m，奥灰水位+29.6m，八层煤底板隔水层所承受的水压为 2.4MPa~2.5MPa。经计算，五灰突水系数为0.12MPa/m，奥灰突水系数为0.07MPa/m，根据肥城矿区防治水经验，认为有突水危险，预计突水量为350m3/h，为此决定对该面实施底板加固。

（二）底板注浆工程实施情况及效果

该工作面施工30个注浆检查孔，注入黏土水泥浆3657m3,其中黏土908t水泥281t，单孔平均进浆122m3,其中黏土和水泥平均约40t。

注浆检查孔分三个序次施工。第一序次各钻孔单孔平均涌水量为90.7m3/h，经注浆改造后，第二序次单孔平均涌水量为78.7m3/h，经第三序次注浆改造后，第三序次检查孔平均涌水量为22.5m3/h，比第二序次钻孔水量减少了56.2m3/h。由此可见，底板注浆改造确实起到了改造含水层富水性的效果。

该面从1998年10月开采，至1999年5月开采结束，开采过程中未发生底板突水，工作面涌水量仅为5m3/h~10m3/h。通过底板加固，实现了工作面不突水开采。