底板含水层注浆改造技术在赵固一矿的应用及日常管理

姜文浩JIANG Wen-hao

（河南理工大学，焦作 454150；河南能源赵固一矿，辉县 453634）

（Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454150，China；Henan Energy Zhaogu No.1 Mine，Huixian 453634，China）

1 矿井概况

赵固井田西南以峪河断层（F20）为界，西北以耿村断层（F15）为界，东北以二1 煤层隐伏露头为界，南以百泉断层（F17）为界。井田走向长2.0～5.5km，倾斜宽9.5～11.0km，井田面积约43.77km2。

矿井主采二1 煤层，平均煤厚5.3m，倾角2～6°，矿井资源储量373490kt，剩余可采储量为139763kt。煤层埋藏深度410～860m。底板灰岩水压4.4～8.3MPa，预计全矿井正常涌水量2377.36m3/h，最大涌水量2971.1m3/h。目前矿井实际涌水量为1468m3/h，其中L8灰岩水约占总涌水量的一半，其余为L9灰岩水、顶板水和冲积层水。

赵固井田表土层厚，煤层顶板基岩薄，断层多，底板灰岩水压高、水量丰富，通过断层和隐伏露头顶底板含水层连通性好，隔水层厚度较小，属于兼受顶板水和底板水两种水害威胁的大水矿井。水患是威胁矿井生产安全的主要灾害，防治水工作重点是防止在采掘过程中底板L8灰岩含水层突水和表土层底部砂、砾石含水层溃水和水砂突涌。

2 底板含水层注浆改造

2.1 底板注浆改造原理

利用工作面上下顺槽布置注浆钻孔，通过注浆钻孔注浆来充填底板灰岩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隔水层或弱含水层，同时增强了二1 煤层底板隔水层的强度，降低了工作面底板出水的可能性，有利于工作面的安全回采。

2.2 底板注浆改造工程设计目的

①改造工作面底板L8灰岩层，变含水层为隔水层或弱含水层。②对工作面底板导水裂隙进行充填、闭合，使之不导水。③切断工作面L8灰岩以下含水层与上覆煤岩层之间的水力联系。

2.3 底板注浆改造工程设计原则

①布孔依据：1）相邻工作面实际揭露的地质资料以及物探资料等；2）工作面外围加固范围30m 以上；3）底板注浆改造钻孔应尽量与主裂隙方向正交或斜交；4）浆液扩散半径r≤20m；5）断层带考虑平面和立体布孔，防止断层深部导水；6）检查孔应布置在断层破碎带、水量大注浆量小的钻孔附近。②采用双巷注浆，设计注浆钻孔时，工作面上、下巷同时布置钻场。③对工作面底板全面注浆改造的同时，加强开切眼和停采线附近、断裂破碎带等矿压易集中区域的注浆改造。④施工过程中，对发现富水性、导水性较好的区域要随时补孔和增加检查孔。底板改造工程要在确保水害防治安全的前提下达到最佳经济效果。

2.4 底板注浆改造工程参数的确定及依据

①注浆终压的确定。钻孔终孔压力以孔口压力为依据，确定注浆终压为10.5～13.0MPa（出现底鼓、漏浆等异常情况时该钻孔终压可以低于13.0MPa），达不到要求不得结束注浆。②赵固一矿底板改造工程设计钻孔终孔位置达到L8灰岩底面以下垂距35m。③检查孔终孔位置达到钻孔出水（水量大于等于10m3/h）位置以下垂距5m 且必须达到L8灰岩底面。

2.5 施工质量及技术要求

①施工单位接到设计后，编制施工安全技术措施，报相关科室及矿总工程师审批后组织实施，严格按照设计钻孔的相关技术要求及参数进行施工。②钻孔结构：开孔直径Ф153mm，一级管直径Ф146mm，二级管Ф127mm，三级管直径Ф108mm，四级管直径Ф89mm（需要时下入），终孔直径不大于Ф75mm。③下入孔口管要求：钻机按钻孔设计参数稳设牢固后，首先使用大于设计套管直径的无芯钻头开孔，钻进至设计深度后，根据设计套管长度下入一级套管，一级套管下到设计位置后，将一级套管螺丝头与一级套管连接牢固，首先向套管内连续压2～3 分钟清水，将套管与孔壁之间残留岩粉冲出，打通返浆通道，然后用泥浆泵将搅拌好的纯水泥浆（水灰重量比1:1.6）通过高压管压入孔内，直到管外返出水泥浆且注浆压力达到设计压力时，方可停止压浆，之后再用软性固体将套管口及孔口围裹严实，等待凝固，凝固时间不少于20 小时（如水泥浆内添加水玻璃时凝固时间不少于8 小时）。一级套管凝固后用破碎钻头透出套管0.5～1m，并做耐压试验，试验压力稳定在设计压力，稳压时间不少于30min，孔壁周围不漏水、不渗水为合格，否则必须重新固管。

一级套管试压合格后使用上述同样方法下设二、三级套管。然后裸孔钻进至设计终孔位置进行注浆。

2.6 注浆方式

在地面注浆站集中造浆，通过专用高压管路送浆，利用注浆孔向含水层注浆，每孔注浆前都要进行注浆管路耐压试验，耐压试验压力达到16.0MPa 以上，稳压30min 为合格，注浆时孔口需安装双压力表进行观测。

2.7 浆液比重

注浆前根据初始泵量确定水泥添加量，一般情况下泵量在102L/min（3 档）时粘土水泥浆、纯水泥浆比重控制在1.15～1.20t/m3，泵量在162L/min（4 档）时，粘土水泥浆、纯水泥浆比重控制在1.15～1.30t/m3。

2.8 注浆结束标准

孔口压力达到10.5～13.0MPa，泵量依次改为102L/min、58L/min，至设计终孔压力并稳压10 分钟以上。所有钻孔注浆结束后必须重新透孔，检验注浆效果，然后进行井下封孔。注浆尽量用粘土水泥浆，增大粘土用量，在断层破碎带、出水点等需要增加加固强度的地段可以考虑加大水泥用量或者用纯水泥浆注浆。

2.9 注浆施工顺序

①井下注浆施工顺序见图1。

①地面注浆施工顺序见图2。

图2 注浆施工工序（井上）

2.10 封孔

钻孔注浆结束后，待浆液凝固48 小时后，用Φ75mm钻头扫孔，扫孔深度为验孔时的实际孔深，以比重1.6t/m3的纯水泥浆封孔，封孔压力要求达到13.0MPa。凝固24 小时后，孔口不漏水为合格。

3 底板含水层注浆改造工程的日常管理

①根据最初制定的工作面底板注浆改造方案进行施工，对实际施工中所揭露的地质及水文地质资料层层把关，保证钻孔资料收集及时、准确。井下施工现场每班收集的基础资料由当班班长进行汇报，并填写在井下记录本、井上记录本上；单个工程结束之后由机长统一将本工程所有记录重新检查一遍，保证资料的完整性和准确性；区队技术负责人在竣工报告编制过程中对各项基础资料进行再次检查，对存在的问题核对、修改；竣工报告完成后由施工区队负责人进行审核后报送地测科。

②各施工工作面指定专人负责，负责将验收钻孔孔深、标准层位置、水量、出水位置等基本参数进行记录，及时上图，并负责竣工报告与图纸和验收资料对照检查，如有不符，及时查找原因，进行改正，切实保证井下收集资料准确的反映在图纸上。

③每周由地测副总或科室技术负责人组织，钻探注浆队队长、技术员对本周施工结束钻孔从原始记录、竣工报告、底板改造加固图纸等资料进行深加工和综合分析，提高资料的可靠程度，为下一步工程设计提供可靠依据。

④根据实际施工过程中所得资料分析结果，对已设计注浆改造钻孔参数进行修改或另行设计钻孔对达不到设计要求的区段进行补充施工。

⑤对已施工完毕的工作地点钻探及注浆资料进行分析、总结、评价，最终达到保证安全生产的目标。

工作面底板注浆改造工程的精细化动态管理，能够在最初所制定方案的基础上结合实际施工中所获资料，通过对防治水工程施工过程的精细化动态管理，对防治水工程施工效果进行日常动态分析、评价，采用修改设计参数或补充钻孔等手段及时对施工过程中遇到的存疑区段进行补充施工，使工作面底板加固工程能够做到速度最快、效果最好。

4 结语

底板注浆改造技术保证了赵固一矿安全、高效的生产，而对底板注浆改造工程的精细化动态管理，大大提高工作面底板注浆改造的速度，避免一个施工地点在后期评价后由于工程效果不达标重复进钻施工，在达到最好的注浆加固效果的同时做到时间最短、效率最高，保证矿井能够安全、快速、高效的生产，改善了矿井掘进、回采工作面的生产环境。

[1]杜工会.煤层底板含水层注浆改造技术在焦作矿区的应用[J].煤矿安全，2004(11).

[2]李长青,赵卫东,李云霞.韩王矿煤层底板含水层注浆改造技术[J].河南理工大学学报(自然科学版)，2005(01).

[3]张永旺.隔水层岩性对底板含水层注浆改造的影响[J].中小企业管理与科技(上旬刊)，2012(12).