煤层底板含水层注浆改造在赵家寨煤矿的应用

6使用效果与评价

（1）马丽散具有高度粘合力和很好的机械性能，可与煤层高度粘合；马丽散注射进煤层以后，低粘度混合物保持液体状态几秒钟，渗透进细小的裂缝膨胀，从而有效的加固和密封处理。

（2）提高巷道围岩松动圈内破碎岩体的强度和变形模量，注浆后，不连续面强度和变形模量等力学性质能得到改善，从而提高围岩的自身承载能力，改善巷道的稳定状况。注浆后使破碎围岩之间的空隙充填密实，保证载荷均匀作用在巷道周边，避免再次出现局部受力造成局部破坏，从而导致整体破坏的现象。

（3）通过一段时间的使用，下顺溜尾段煤壁片帮，顶板破碎现象有了良好改善，保证了职工人身安全和工作面正常生产。

煤层底板含水层注浆改造在赵家寨煤矿的应用

刘忠礼，宋建国，张燕民

(山东龙兴地质工程有限公司，山东肥城271619)

摘要郑煤集团赵家寨煤矿首采面煤层距离底板直接充水含水层平均仅10m，水量大水压高，局部地段构造发育，底板隔水层岩石完整性差，疏放难度大，为此采用了底板含水层注浆改造技术，变含水层为相对隔水层，降低充水威胁，保证了安全回采。

关键词承压含水层注浆改造隔水层

中图分类号TD743文献标识码B

新郑煤电有限责任公司赵家寨煤矿位于郑州市南

约40km，属于典型的华北型煤田。矿井主采二迭系下

统山西组二

1

煤，矿床主要充水含水层有奥陶系石灰岩

和上石炭系太原组薄层石灰岩承压含水层，其中太原

组石灰岩含水层段由8层石灰岩组成。

1工作面概况

11206工作面是该矿首采工作面，走向长2100m，

倾斜宽170m，倾角4－9ʎ，平均6．5ʎ，二

1

煤层厚度1．77

17．07m，平均5．0m。

1．1地质情况分析

该工作面地质构造条件比较复杂，上下顺槽在掘

进过程中实际揭露断层较多，上顺槽揭露断层11个，

下顺槽揭露断层21个，断层落差一般为0 3m，受断

层影响该工作面底板比较破碎，隔水层强度将会明显

降低，阻水能力减弱，另外有两条断层落差大于5m，贯

穿工作面上下顺槽，可能成为二

1

煤层底板各含水层水

力联系的直接通道。

1．2水文地质分析

根据钻探资料和地面钻孔资料分析，工作面二

1

煤

层底板至L

8

灰间距10 12m，掘进阶段有出水现象，

出水形式表现为底板渗水和断层带附近涌水。

二

1煤层底板至L

4

灰距离60m左右，L

1－4

灰含水

层正常水位+42m，突水系数大于临界值0．06，通过对工作面上、下顺槽三极测深，底板低阻异常区面积较

*收稿日期：2011－10－25

作者简介：刘忠礼（1983－），男，山东烟台人，2007年毕业于济南大学资源环境系，本科学历，助理工程师，现在龙兴地质公司生产技术部工作。大，特别在断层构造密集发育附近，底板以下22．5m处

异常区和二

1

煤层底板以下62．5m处异常区比较一致，可能存在着垂向水力联系。

二

1

煤层顶板砂岩含水层富水性较弱，可以进行疏放治理。

综上分析，在回采工作面之前，对工作面进行综合水害防治是十分必要的。

2底板注浆改造方案

2．1注浆改造深度的确定

按照《矿井防治水规定》，受水威胁的工作面，必须采用钻探、物探等方法，查清其水文地质条件。底板受构造破坏块段突水系数大于0．06MPa/m，正常块段突水系数大于0．1MPa/m的，要采取疏水降压或注浆改造等有效措施后方可回采。计算突水系数公式为Ts=P/（M－Cp－Dg）

式中：Ts－突水系数，MPa/m；

P－隔水层承受的水压，MPa；

M－隔水层厚度，m；

Cp－采矿对底板隔水层的扰动破坏厚度，m；

Dg－隔水层中原生导高，m。

根据上式变形为M=［P+Ts（Cp+Dg）］/Ts，根据

附近打钻情况测得L

1－4

灰水压2．6MPa，取P=2．6

MPa，L

1－4

灰原生导高取5m，根据矿压破坏深度经验公式Cp=1．86+0．11L（L为工作面倾斜宽）得该工作面理论矿压破坏深度20．56m。计算得构造破碎带附近块段加固深度不低于65．56m；正常块段加固深度不低

于45．56m。本工作面二1煤距L

1－4

灰底板间距60m，

因此在正常块段不用对L

1－4

灰进行注浆改造；在地质

构造带区段及物探异常区，对L

1－4

灰进行注浆改造。

2．2

工作面改造方案11206工作面面积大，水文地质条件复杂，为保证该面防治水工作顺利进行，采取分段改造的方案。切巷以外300m 范围内突水系数小于0．06MPa /m ，底板改造采用以堵导水通道为主，改造L 5灰以上含水层；切巷向外300 500m 断层构造发育密集带改造L 1－4灰含水层，改造范围以整个工作面及上下顺槽外30m 范

围为主，

均匀布孔，不留空白区。由于此前对断层带以外工作面进行探放水，发现水量小、补给弱，决定采用疏放降压法进行治理。2．3钻孔布置

为保证工作面改造效果，按照设计在下顺槽主要布置L 7－8灰及L 5－6灰注浆改造孔。L 5－6灰终孔保证煤层底板以下45m ，均匀覆盖改造范围，施工期间见水即注，结束后施工L 7－8灰注浆检查孔，检验注浆加固效

果。每70m 布置一个钻场，每钻场4个L 5－6灰孔，

2个L 7－8灰孔，断层带附近每个钻场均为L 1－4灰孔。见图1

。

图1钻孔布置平面图

3注浆工艺

3．1

注浆系统

注浆系统由地面制浆系统、注浆泵、送料孔、井下注浆管路和井下注浆孔组成。地面制浆系统由制浆机、水泥添加器、搅拌机以及其它辅助设施组成。井下注浆管路选用Φ60ˑ6mm 高压无缝钢管，并用相匹配的高压快速接头连接，耐压不得低于10MPa ，管路应铺设在便于管理和维护的巷道内沿底板铺设，以不影响

运输和行人。注浆孔孔口安设耐震压力表，量程为

16MPa 。注浆前要对注浆管路进行耐压试验，试验压力10MPa ，持续时间不低于30min ，发现漏水及时更换，直到试验合格为止。3．2

注浆方式

一般采用全段连续注浆方式，分孔分序次连续灌注，直到达到终孔压力为止，以最大量进浆，最大范围扩散，最大限度的充填岩溶裂隙为目的。对初始水量

大于30m 3

/h 的钻孔，采取分段注浆，穿透含水层或构造破碎带后最终达到注浆终孔标准。3．3注浆材料

工作面底板加固以注粘土水泥浆为主，本次施工采用的是水泥单液浆，对裂隙起到填充作用，增强底板岩石强度。采用425#普通硅酸盐水泥。

3．4

注浆参数

注浆参数的选择视单孔涌水量、岩溶发育程度以及施工现场情况具体确定，一般情况下参考以下参数：

（1）浆液的比重：反映了在一定体积的浆液中水泥的含量，是直接关系到浆液质量的重要参数。一般讲，若注单液水泥浆，则水灰比一般控制在0．8：1

0．6：1之间，即比重1．5 1．7；而此次受注含水层主要

是以溶蚀裂隙为主，

故此本次工程采用水泥浆的比重在1．2 1．24之间。

（2）泵量与泵压：泵量是根据含水层岩溶裂隙的发育程度及泵压确定的，正常情况下，裂隙发育、泵压在2MPa 以内时，采用全泵量（250L /min ）大流量灌注；裂隙发育较差、泵压在2MPa 以上时，采用中泵量（80 150L /min ）；达到终孔压力时用小泵量（40 80L /min ）。

3．5单孔注浆结束标准

实践证明，注浆压力越大，扩散的范围越大，对裂隙充填的越饱满，形成的结实体强度也就越高。所以单孔注浆结束标准为：泵量80L /min 以下，孔口压力为静水压的2．5倍，持续时间为30min 。当发现巷道底鼓或大量跑浆时，可采用间歇法或调整浆液比重和注浆参数进行封堵。4

注浆效果及评价

按照注浆改造设计，底板改造注浆完毕后需要运

用物探、钻探等手段进行验证效果，按要求L5－6灰孔

注浆封闭后，检查孔的涌水量不超过20m 3

/h ，说明扩散范围较广，对底板含水层裂隙的填充效果较好，达到了设计要求。进行二次物探验证时低阻异常区面积几乎全部消失。工作面2009年3月开始回采，截止目前

已经推采了270余米，

出水情况如图2所示

。图2

工作面回采进度与水量关系

从图2可以看出，初期工作面涌水量较少，随着工

作面得推进，水量慢慢变大且底板有渗水现象。取水样化验后，化学离子类型与顶板水接近，分析为回采放顶后，顶板中的砂岩裂隙水释放出来，从而确定工作面涌水主要来自顶板。但顶板富水性较弱，补给条件差，随着工作面向前推采，静储量疏放殆尽后，动态的补给水量迅速减小了。由此可见底板的注浆改造效果非常好，是一种高效经济的手段。