汾源煤业首采工作面底板注浆施工及效果评价

姚建伟

【摘 要】汾源煤业作为霍州煤电集团的第一个底板注浆加固工作面，其底板注浆加固效果的评价方法对后续工程具有示范作用。通过分析首采工作面水文地质条件、确定注浆工程的施工方案、实施工程施工方案和注浆效果综合评价，保证了该矿首采工作面能够安全回采。首采工作面底板注浆加固（改造）综合技术可以为矿井后续工作面的安全开采提供工程示范。

【关键词】注浆加固；底板承压水；注浆效果评价；矿井防治水

0 序言

汾源煤业首采工作面底板注浆项目作为山西焦煤第一家进行奥灰承压水底板加固改造项目，晋北公司和矿方尤为重视。为做好首采面底板注浆加固改造工作，2013年6月集团公司防治水中心对首采面进行了坑透、瞬变电磁法、直流电法物探工作。根据物探结果西安研究院编制了《首采面底板注浆加固与改造方案》；过去一直采用“工程需求——工程招标——工程施工——工程验收——队伍撤离”的工程外包模式，工程完成后矿方除了得到一个完整的工程之外，矿方工程技术管理人员对工程施工技术和工程管理模式没有真正掌握，矿方施工工人也不能熟练实践施工设备的操作流程和工程施工技巧。结合汾源煤业的实际情况，基于“授人以鱼，不如授之以渔”工程管理理念，集团公司从大局出发提出了“掌握底板奥灰水富水特性、学习底板注浆加固技术、培养底板注浆加固施工队伍”的工程管理模式。

1 工程项目主要实施方案

经过前期论证，汾源煤业有限公司首采5-101工作面底板奥灰承压水上安全开采开展综合技术研究和示范工程，形成了采用摸清水文地质规律→掌握处理技术→学会施工管理→练就施工队伍的科研工作思路，设计了如下施工组织方案：①整体方案应该结合矿井的实际采矿工程地质条件，从采矿的角度出发，找出采后围岩影响破坏的范围；②方案需要补充底板隔水层连通性试验，找出底板所有富水岩层的水力联系，为第三阶段底板隔水层加固提供技术参数；③目前方案设计需要补充首采工作面上巷附近钻注空白“三角区”补注方案，确保首采工作面的底板加固（改造）的全覆盖，另对构造重点区域需要加强钻孔注浆；④施工过程中加强注浆浆液扩散半径的考察，回采过程中密切观测底板破坏深度的考察；⑤和矿方结合，制定完善的开采5#煤层防治水应急预案。

2 工程项目实施过程

项目承担单位工程施工队伍自2013年11月份进入汾源煤业工程施工以来，共投入新钻机3部、注浆泵3部、双液注浆泵2部、注浆用管材若干，现场常驻技术管理人员6人，施工技术人员和工人28人。根据专家所提出的意见，在2、3号钻场各增加了一个补助孔对构造重点区域加强钻孔注浆，同时在首采工作面上巷设计了三个钻场，共增加了6个补钻对上巷附近空白“三角区”进行补注，这6个补钻孔主要是根据2014年2月23号的直流电法物探结果及分析设计的，勘探范围内5-1012巷底板附近存在2个低阻异常区，由里往外依次标记为DS1和DS2，分别位于切眼往外0-127m和170-260m段，DS1区域内低阻异常区深度达到55m，而DS2区域内低阻异常区深度为45m，且5-1012巷底板在这范围内不存在构造，水泥浆的扩散范围大致为30m，同时考虑打钻需要平整的地带，所以在离切眼33m、96m和208m处布置钻场。按照设计要求，工作面在1、2和3号钻场共布置钻孔47个，后根据项目论证专家所提出的意见，在2、3号钻场各增加了一个补助孔对构造重点区域加强钻孔注浆，同时在首采工作面上巷设计了三个钻场，共增加了6个补钻对上巷附近空白“三角区”进行补注，总共55个钻孔。

完成了工作面前250m（1、2和3号钻场）底板注浆加固改造工作，共施工钻孔55个，总进尺5407.5m，总注浆量9106.75t，一级套管共250m，二级套管共971m。

3 注浆效果评价

根据底板注浆加固工程的具体情况和矿井水文地质等实际资料，认真总结分析，依据国家相关法律、法规和行业规范，采用注浆量分布特征法、涌水量对比法、检查孔观察法、检查孔取芯法和物探法对底板注浆加固效果进行评价，得到以下结论：

1）1号钻场注浆量4210.4t，2号钻场注浆量2285t，3号钻场注浆量2611.35t，注浆量共计9106.75t。采用注浆量分布特征法、涌水量对比法对注浆效果进行分析表明：底板注浆加固改造过程中前期钻孔的涌水量和注浆量基本上比较大，后期钻孔的涌水量和注浆量有明显的减少，说明底板注浆加固改造效果明显，注浆加固效果比较理想。

2）采用瞬变电磁和直流电法分别对注浆前、中、后三个阶段的底板进行探测，以检测底板注浆加固效果。根据物探结果、结论以及注浆前后物探结果的对比分析表明：注浆前5-101工作面底板岩层富水性较强，存在多个低阻异常区，区域范围大，且导高比较大，工作面回采过程中部分区域存在突水危险，应当采取防治水对应措施；注浆后5-101工作面底板岩层富水性大大减弱，仅有2个低阻异常区，且范围大大减小，导高也明显减小，底板的完整性和强度得到加强，说明底板注浆加固改造效果明显，注浆加固改造质量合格。

3）根据底板注浆加固改造过程中各钻孔出水情况分析可知，5号煤层与奥灰岩之间总共有三层含水层，且F3、F4和F5断层与奥陶系灰岩含水层有贯通，为导水断层。在底板注浆加固改造工程完成后，通过施工检查孔，采用检查孔观察法和检查孔取芯法检测底板注浆加固改造效果，在施工检查孔过程中，检查孔完整成孔，没有出现塌孔现象，都是在接近或进入奥灰层才有少量出水。结果表明：经过底板注浆加固后，5号煤层与奥灰岩之间的三层含水层和F3、F4、F5导水断层已经被浆液填充改造为隔水层和不导水断层，破碎带得到加固，底板完整性得到改善，消除了底板的垂向导水通道，增加了底板的有效隔水厚度和岩层刚性强度，注浆加固效果比较理想。

通过采用多种方法对底板注浆加固效果的评价表明：底板注浆加固改造效果比较理想，注浆质量合格，达到了设计要求和目的，可保证矿井的安全生产。

4 结论

1）根据水文地质条件分析，做出了汾源煤业首采工作面的底板注浆加固（改造）现场实施方案，并且根据方案开展了底板注浆加固（改造）工程。

2）通过采用多种方法对底板注浆加固效果的评价表明：底板注浆加固改造效果比较理想，注浆质量合格，达到了设计要求和目的，可保证矿井的安全生产。

3）首采工作面底板注浆加固（改造）形成的综合技术可以为矿井后续工作面的安全开采提供工程示范。

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[责任编辑：王楠]