底板注浆加固在梁北矿11031工作面的应用

杜艳伟

摘要：我矿主要受寒武系灰岩含水层影响，曾发生过突水事故，为保证11031工作面的安全回采，通过对煤层底板含水层进行注浆加固，防止突水事故的发生。

关键词：防治水、寒武系灰岩、底板加固、钻探。

一、引言

注漿加固基本原理为：水泥浆液在注浆泵的压力作用下，克服静水压力和流动阻力沿裂隙扩散，随扩散面积增大，浆液的流动由紊流状态转变为层流和阻滞流状态，最后变成结构流，在注浆泵的高压作用下浆液进行裂隙充填、压实、脱水，以至于完全封闭。向寒武系灰岩含水层注浆不但封堵了寒武系灰岩上部的导水裂隙，同时将含水层上部变为隔水层，从而增加了有效隔水层的厚度和强度，达到煤层底板注浆加固的目的。

我矿开采的二1煤层底板承受寒灰水压高，隔水层厚度较薄（M<75m），富水性强，在遇到断层构造或采动矿压对底板的破坏条件下，即可发生寒灰直接突水事故。经过矿井长期生产实践经验与综合分析研究，矿井确定了“以疏为主，疏堵结合”的防治水方针，确定了疏水降压、底板加固和效果检验的防治回采工作面底板突水技术措施，也取得了很好的成就。

二、11031工作面概况

11031工作面位于11采区东翼上部第一区段，11采区轨道上山以东，地面标高+112～+115，西至11采区上山煤柱，上部为铁李断层煤柱， 11031风巷走向长388.55米，11031中巷走向长649.44米，11031机巷走向长712.63，上下两部分将在13f6测点处联立回采形成一个大的工作面，东部平均倾斜长165米，联立后平均倾斜长256米，工作面水压2.15 Mpa。寒武系灰岩含水层距二1煤层底板最小距离为71m，主要的含水层和隔水层如下图所示：

根据工作面0149水文观测孔观测数据，现在水位表高-199m，工作面水压2.15Mpa，在平均含水层原始裂隙导高的情况下其突水系数计算为：

Ts=P/（M- Cp）=2.15/（44.8-18）=0.0802

M—煤层底板距离寒灰有效隔水层厚度（44.8m）

P—工作面水压 （2.15Mpa）

Ts—突水系数

Cp—回采对底板破坏深度（18m）

根据物探结论在工作面内存在5段异常区域，部分地段寒灰水导高较大，根据计算该工作面在原始裂隙导高的情况下其突水系数为0.0802，超过突水临界值0.06（该临界值为经验数值），在回采时有可能发生突水，应重点采取相应的防治水措施，必须进行煤层底板加固工程。

三、11031工作面注浆加固的设计

（一）钻孔布置原则：

1.钻孔终孔层位为寒灰，终孔点在垂直进入寒灰下10m（钻孔水量达到30m3/h开始注浆加固，水量不足延伸钻孔）。

2.钻孔以注浆扩散半径25～30m进行均匀布孔，力求工作面注浆加固改造率达到100﹪。

3.为尽可能的多揭露含水层面积，提高注浆加固效果，钻孔均设计为斜孔。

4.在钻探探明的异常区域加密布置检查孔。

钻孔布置如下页图所示。

（二）钻孔结构

钻孔开孔用ф153mm钻头钻进至煤层底板垂直下5～7m，下入ф146mm一级套管10～18m，然后用ф113mm钻头钻进至L7灰岩内2～3m，按照实际深度下入ф108mm二级套管，两级套管下入后均进行耐压试验，一级套管压力不小于10Mpa，二级套管压力不小于12Mpa，耐压试验合格后换用ф75mm钻头钻进至终孔深度。

（三）设计工程量

根据以上煤层底板加固原则，在该工作面机巷切眼向外40米起每隔60米做一个钻场钻场，共设计12个钻场，在每个钻场内布置3～5个钻孔.在该中巷切眼（13F6测点）向外40米起每隔60米做一个钻场钻场，共设计6个钻场，在每个钻场内布置2～3个钻孔。

（四）注浆工艺流程

采用矿东风井注浆站注浆系统，根据不同钻孔注浆需要，采用粘土水泥或纯水泥为材料，以最大注浆量、最大扩散半径、最大限度的充填岩溶裂隙为目的，分孔、分次序连续注浆。主要流程为：

地面制浆→注浆泵→地面输浆管路→井下输浆管路→孔口→含水层

纯水泥浆液参数：视各个钻孔情况确定浆液配比，水与水泥的水灰比保持在1：1.2～1.5之间。

注浆参数：注浆量根据含水层裂隙发育情况确定，泵压在2.0Mpa以下时采用全泵量（高档位）大量灌注（泵量为260L/min）；当孔内裂隙发育较差泵压在2.0 Mpa以上时采用中低档灌注（泵量为60～167L/min），直至达到泵量不大于60L/min，孔口压力不低于孔内水压的2.5～3倍且持续时间不低于30 min的注浆终止标准。

对涌水量为5 m3/h以上的钻孔，采用地面注浆站注浆，注浆量较小时，视情况进行扫孔二次注浆；对涌水量为5 m3/h以下或无水的钻孔，采用井下注浆泵注浆，注浆结束标准与地面注浆结束标准相同。

（五）注浆加固效果检验

每个钻场设计钻孔施工完成后，都要布置检查孔检验注浆效果，经检查钻孔加固区域以上无水方可撤离钻机。在整个工作面底板加固工程结束后，采用直流电法或瞬变电磁2种物探手段对加固效果进行检验，得出效果评价。

四、结论和建议

在11031机巷目前注浆量达到一万六千多吨，使原来的含水层变成了隔水层，对注浆加固施采用瞬变电磁物探手段对加固地区进行效果检验，符合开采要求，在开采过程中也没有发生任何突水事故，保证了11031工作面的安全回采。

矿井需进一步开展防治水专题培训，购置相关的防水打钻设备应用此技术，扩大影响，以此推广此项综合防治水技术。

参考文献：

[1]《承压水上采煤》 王作宇.刘鸿泉煤炭工业出版社，2001

[2]《底板突水的非线性特征及预测》 王连国.宋扬中国矿业大学出版社2003

[3]《11031工作面回采地质说明书》 周金贵 梁北矿 2008年endprint