注浆技术在袁店一井煤矿防治水中的应用

夏盆军 靳卫虎

1.中煤矿山集团公司技术开发工程处地质科，安徽 宿州 234000；2.淮北矿业集团袁店一井煤矿地质科，安徽 淮北 235100

1 工作面概况

淮北矿业（集团）袁店一井煤矿坐落在安徽省淮北市濉溪县五沟镇境内，距淮北市52km东距宿州市50km，井田东西走向长6.9～13.6km，南北倾向宽1.2～3.4km，井田面积约34.85km2，共有7个可采煤层，其中32、71、81、82、10为主采煤层。

1023工作面为单斜构造，倾向总体为NE方向，位于F4断层下盘和F25断层上盘，地质构造较复杂。工作面回采过程中受15条断层影响，其中5条断层，在回采范围之外。F25断层落差5m～50m，1023F2断层落差7m～10m，1023F4断层落差4m，沿煤层倾向向工作面内延伸，对回采影响很大，工作面内无大的褶曲及火成岩侵入影响。

直接充水水源为10煤顶底板砂岩裂隙水。其富水性弱，该含水层以静储量为主，生产中表现为滴水、淋水，且出水量很快减弱的特点，对生产有影响较小。太灰水具高水压，贫富水不均一的特点，对煤层开采有一定的安全威胁。

2 目的和任务

（1）对工作面物探存在的异常区施工钻探进行验证。

（2）对10煤底板异常区富水性少的钻孔采取局部注浆。

3 工作面注浆改造设计与施工

3.1 钻孔布置

1023工作面钻孔布置在工作面的9个钻场。机巷钻场3个，由外向里依次为JZ1、JZ2、JZ4,共计钻孔6个；风巷钻场6个，由外向里依次为FZ1、FZ2、FZ3、FD2、FD1、FZ4,共计钻孔14个，其中4个位于巷道底板开孔施工，其余10个在钻场内施工。合计18个注浆钻孔。钻孔布置如图1。

-470大巷水文孔钻孔在回风大巷和运输大巷均布置1个钻场，每个钻场各2个钻孔。如图2。

图1 1023 工作面钻孔 布置平面图

图2 -470大巷水文孔布置平面图

3.2 注浆施工

（1）注浆系统及设施

注浆采用井下造浆，浆液通过1寸高压注浆软管连接注浆闷头入钻孔的注浆方式为主。井下注浆泵的布置本着与注浆钻孔距离近，设备排列紧凑、便于集中控制，输浆管路尽量缩短，尽量减少注浆管路弯曲及有利于造浆防尘的原则。注浆系统主要包括注浆泵、高压注浆软管浆管、球阀、截止阀、高压闸阀等。

使用人工一次造浆，造浆时按不同注浆时段所要求的浆液浓度及配比规定，先向搅拌罐内注入需用的水量，再从水泥罐自动配比水泥，搅拌均匀后供注浆泵吸用。

（2）注浆材料

注浆材料及配比是固管和封孔质量的关键，它直接影响到注浆效果。本次注浆选择使用质量合格的Po42.5R普通硅酸盐水泥。

（3）浆液种类及配比

固管浆液采用单液水泥浆加速凝剂（三乙醇胺0.05%+食盐0.5%），封孔浆液采用单液水泥浆。水灰比（重量）采用2:1、1.5:1、1.25:1和 1:1多个级配，前期注浆水灰比一般在2:1～1.5:1之间，中后期水灰比在1.5:1～1:1之间。水灰比依据注浆情况适时进行调整，浆液最浓时的水灰比不小于1:1。

（4）施工

注浆采用孔口压盖式注浆法，以单液水泥浆为主直接对含水层进行大量注浆，使浆液自含水裂隙中扩散，并沿断层裂隙带运移，加固含水层。其工艺流程：注水试验→造浆→注浆（单液）→达到终压标准→停止注浆冲洗注浆泵、输浆管路→拆卸冲洗泵缸，并清洗搅拌桶，如图3。

图3 注浆工艺流程图

（5）注浆前的准备

①清水试压：至少30min，试注水量及孔口压力确定初始注浆浓度。

②造浆：按不同浓度的水灰重量比造浆，放入搅拌桶内。在吸浆笼头过筛，其筛孔网度不大于5mm，并及时清理筛内脏物。

（6）注浆原则

①注浆过程中总体遵循先稀后浓，最后再稀的原则。

首先注入水灰比（重量）为2:1水泥浆，注浆泵量分16L/min、36 L/min、60L/min、118 L/min和230 L/min多个档量，每次变换浆液浓度，都必须由低档量逐步向高档量转换。

②如果孔口压力为水压1.5倍，则向下一个档量转换。在最低档量仍超过水压2倍稳定30min，封孔、停止注浆。

③如果最高档量泵压不超过1.5倍水压时，则按上述方法依次转换水灰比为1.5:1、1.25:1和1:1的水泥浆，并以水灰比1:1的水泥浆为主大量注入。

（7）注浆泵量

注浆过程中，注浆泵量根据浆液水灰比、注浆时的压力、钻孔水量、受注层的进浆量等实际情况适时调整。注浆泵量一般先小后大，然后视泵压再由大到小，终注泵量小于25L/min，稳压30min后注浆结束。

（8）控制压力

试压压力不小于6Mpa，水文观测孔的封孔压力不小于6Mpa。

3.3 注浆效果

注浆后1023工作面机巷钻孔水量变化（如图4），可以看出，通过注浆有效的防治了矿井突水的威胁。

图4 1023机巷钻孔水量变化曲线图

4 结语

（1）1023工作面机巷物探存在的异常区施工的6个水文孔均在成孔过程中出水，对物探结果进行有力的验证。在风巷FZ4-1孔打进目的层位但在物探异常区未出水。

（2）从1023机巷6个水文孔持续观测的水量变化数据显示，在放水期间，各孔水量均有所减少，JZ4-1变化最为明显，从成孔时的18 m3/h，6天后变为0。有效地降低了太灰水对1023工作面回采的威胁。

[1]郝哲,王来贵,刘斌.岩体注浆理论与应用[M].北京：地质出版社，2006.12.