综采工作面底板注浆加固改造技术研究

尹思远 皇 伟

（河南能源化工集团永煤集团陈四楼煤矿，河南 永城 476600）

1 概况

陈四楼煤矿2801工作面位于八采区，工作面对应地面标高为+35.16m，工作面标高为-529.0～-579.5m，走向长908～965m，倾斜长105～234m，总面积198079m2。

由于2801工作面区域的灰岩含水层水位标高远高于煤层标高，如不采取可靠的措施，无法保证工作面的安全开采。

2 注浆加固方案

根据出水钻孔水压值及孔口标高，计算出2801工作面区域太原组上段灰岩含水层水位标高约为-93m，二2煤下距太原组上段L11灰岩52.74m，由此推测2801工作面底板隔水层所受灰岩静水压力为4.9～5.4MPa。

根据采煤工作面安全水头压力值计算公式：

P=TSM

则：M=P/TS

其中：

P-水压，MPa；

Ts-突水系数（一般情况下，在具有构造破坏的地区按0.06MPa/m计算，隔水层完整无断层构造破坏地区按0.1MPa/m计算）；

M-隔水层厚度，m；

工作面底板灰岩静水压力取最大值5.4MPa，则2801工作面按正常块段计算安全隔水层厚度：

M=P/Ts=5.4MPa/0.1=54m

根据《陈四楼煤矿煤层底板扰动规律及突水预测预报研究》结果，得到底板破坏深度(h1)和采深(H)之间的预测公式：

h1=6.3615ln(H)-26.946

式中：

ln-代表以e为底的自然对数；

H-工作面采深（工作面对应地面标高与工作面底板标高的绝对值之和），m；

已知工作面对应地面标高为+35.16m，回采范围内二2煤底板标高-529.0～-579.5m，计算得到H=564.16～614.66m，则工作面采动对煤层底板破坏深度：

h1=6.3615ln(H)-26.946=13.36～13.90m

由以上计算可知，工作面安全回采隔水层厚度为54m，工作面采动对煤层底板破坏深度取最大值13.90m，则工作面安全隔水层厚度应为69.90m。已知L11灰岩距离二2煤层52.74m，即在无褶曲、断层等构造破坏的正常地层块段内，工作面也存在底板太原组灰岩水突水威胁。

为确保2801工作面安全回采，确定将工作面底板改造至L10灰岩下部约75m厚的完整岩层，从而起到安全隔水的作用。

因2801工作面为八采区首采面，受F13-1、F13断层影响，水文地质单元相对独立，因此随着底板注浆工程的开展，根据施工钻孔出水量、出水深度、水压资料进行分析后，对于出水量较大、富水异常、水压较大区域可考虑延孔钻进至L8灰岩，以达到板注浆加固效果，增强煤层底板有效隔水层厚度的目的。

3 注浆施工

3.1 设备、材料选型及材料配比

钻探设备选用ZDY3200S型全液压钻机，开孔选用Φ140mm钻头，正常钻进期间为Φ92mm的PDC复合片钻头；圆钻杆Φ73mm，单根长1m，三棱钻杆Φ73mm，单根长1m及配套直径4寸高压闸阀和防喷装置。

注浆设备：井下注浆泵选用2TGZ-60/210型和2TGZ-120/105型，地面注浆站选用3NBB-260/7型泥浆泵。见表1。

表1 钻探注浆设备一览表

3.2 钻场的布置

每组钻场包括钻机窝、注浆泵窝、沉淀池及其连通的水沟。

钻场采用工作面一侧布置，切眼与停采线间每100m布置一组，遇有断层或其他构造影响时可做适当调整。

注浆泵窝用于放置注浆泵、钻机泵站、注浆材料、配件等。

3.3 钻孔施工管理及要求

（1）钻孔出水后必须测定出水深度、出水量、水温、水压等基本参数，以便于进行分析。

（2）当钻孔施工过程中揭露断层及其破碎带时，易发生塌孔埋钻现象。因此，要进行注浆加固破碎带，封堵导水裂隙，防止在钻孔揭露含水层后，出现断层裂隙带跑水或跑浆现象，并能解决塌孔埋钻问题。

注浆方式采用下行式注浆：当钻孔出水后，由于水量较大顶水无法钻进或钻孔水量达到20m3/h以上，满足地面注浆条件时，可以拔钻地面注浆，每次地面注浆终压必须达到11MPa，待孔内浆液凝固12h后方可透孔钻进，直至终孔。钻孔注浆合格后，必须于2d内进行封孔处理，以达到较好的封孔效果，防止由于放置时间过长造成封孔质量下降。

（3）判定单孔施工质量合格并结束应满足以下要求：钻孔施工按设计倾角、方位施工并达到设计孔深；地面及井下注浆压力达到设计压力值；注浆量（以t为单位）小于出水量（以m3/h为单位）的1/2，经过扫孔、延孔的；钻孔封孔后周边无漏水、渗水。

（4）判定钻场施工质量合格并结束应满足以下要求：钻场内所有设计钻孔均施工合格并经过验收；钻场内所有设计钻孔的套管露出底板长度均不大于100mm；钻场内出现掉钻具、塌孔无法钻进、注浆量与出水量不匹配等异常钻孔补加钻孔施工；钻场内针对富水异常区、构造发育区域所施工的检验钻孔，出水量须小于该钻场原出水钻孔的平均水量的1/2；钻场内所有钻孔封孔质量合格。

（5）每个钻孔施工完毕后，都要进行验收和总结。内容包括钻孔开孔日期、终孔日期、下套管长度及质量、出水深度、出水层位、出水量、水压、水温、注浆量、封孔质量、施工过程中出现的故障等，对钻孔注浆质量进行分析评价，对施工的钻孔分段记录施工负责人和施工人员，并分钻场、工作面建立技术档案。

（6）综采工作面底板灰岩含水层富水性中等，灰岩含水层富水性、裂隙发育程度不均一，施工期间重点对断层附近灰岩含水层及底板裂隙、物探异常区和钻探富水区进行注浆改造，施工中通过引流注浆的方法提高钻孔的可注性，使其注浆量提高。

3.4 施工效果

2801工作面施工钻孔终孔层位为L8灰岩，工作面里段区域钻孔出水量较小，工作面外段区域对出水量较大的灰岩含水层加密布置钻孔，使钻孔对工作面L11、L10、L8灰岩做到了全覆盖，富水含水层以L10灰岩为主，各层灰岩含水层注浆量与出水量比值远大于0.5:1，注浆质量较好。

后期根据钻孔的出水层位、出水量、注浆量和施工顺序进行综合分析，对部分出水量较大、注浆量较小的区域周边20m范围进行了补孔检查和验证，最后序次施工的检验、验证钻孔在L11、L10灰岩未出水或出水量小于20m3/h，在L8灰岩出水量小于30m3/h，证明部分钻孔虽注浆量较小，但由于灰岩裂隙发育不均一，注浆期间已对灰岩主要裂隙进行了封堵，达到了较好的注浆效果。

4 结语

2801工作面通过开展底板灰岩含水层改造，有效封堵了煤层底板导水裂隙，将煤层底板至灰岩底部的灰岩含水层改造成有效隔水层及弱含水层，可以确保工作面安全回采，降低防治水成本，达到增加经济效益的目的。