地面水平井注浆工艺技术在煤矿水害区域治理中的应用

陈顶峰

摘 要：针对井下钻孔向煤层底板注浆加固技术存在的不足，本文介绍了地面水平井注浆工艺技术在煤矿水害区域治理中的应用和取得的效果。实践表明，地面水平分支孔对煤层底板含水层注浆加固优势明显;地面注浆系统可以提供较大的注浆压力，增大浆液的扩散范围，提高注浆量，保证注浆加固的效果，实现煤矿工作面底板水害的超前治理。

关键词：煤层底板;注浆加固;导水通道;超前治理

中图分类号：TD745文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）07-0059-03

Abstract： In view of the shortcomings of grouting reinforcement technology from underground drilling to coal seam floor， this paper introduced the application and effect of grouting technology of ground horizontal well in the treatment of coal mine water disaster area. The practice shows that the horizontal branch holes on the ground have obvious advantages in grouting and reinforcement of the aquifer of the coal seam floor; the ground grouting system can provide a larger grouting pressure， increase the diffusion range of the slurry， increase the grouting amount， ensure the effect of grouting and reinforcement， and realize the advanced treatment of the water disaster of the coal seam floor.

Keywords： coal seam floor;grouting reinforcement;water diversion channel;advanced treatment

隨着煤矿开采深度的增加，来自煤层底板承压水的危害越来越严重。为了缓解该危害，底板注浆加固技术得到了广泛的应用。注浆加固的基本原理是将某些能很好地与岩土体固结的浆液注入岩土体的孔隙、裂隙中去，通过脱水、固结或胶凝使岩土体成为强度高、抗渗性好、稳定性强的新结构体，从而达到改善岩土体物理力学性质或改变不利于开采的水文地质条件的目的[1]。目前矿井常用的方法是在井下巷道向煤层底板施工穿层钻孔进行注浆加固，该方法要求井下巷道掘进完成后才能布置钻场，且钻孔施工工程量大，钻孔有效孔段短，注浆量小，钻孔轨迹不可控，可能存在治理盲区。针对该方法的不足，将地面水平井注浆工艺技术引入煤矿工作面底板水害区域治理工作中，利用地面水平井实现煤矿工作面底板水害的超前治理。

1 施工设计原则

合理的施工设计原则能减少钻进进尺，提高注浆加固效果，同时避免出现前后干扰施工。因此，在施工设计时应始终坚持以下原则：①水平分支孔设计时要结合煤矿防治水细则和工作面安全开采的要求，确保分支孔能覆盖整个待治理区域，做好对工作面外邦和上下巷的控制治理;②有两个或多个水平井需要同时施工时，各分支孔尽量避免交叉，防止串浆;③在采动工作面附近或者切割较深的断层带附近分支孔注浆时，要在能满足矿井安全的情况下尽量降低注浆压力，避免井下或地面出现跑浆;④地面水平井注浆量较大时，尽量从安全、经济、实用的角度选择注浆材料。

2 注浆加固目的层位

各矿区地层存在差异，需要结合治理区的地层资料，选择出合适的注浆加固目的层位。选择目的层位时需要注意以下几点：①水平井的分支孔尽量布置在含水层或者裂隙较发育的岩层中;②目的层位距煤层的距离要适中，注浆加固后可以起到封堵工作面底板含水层导水通道、增加隔水层厚度的作用;③目的层位要选择在层位发育稳定且有一定厚度的岩层中（5 m以上为宜）;④目的层位不要选择在坚硬或破碎严重的岩层中，以避免钻进或成孔难度大。

以焦作矿区为例，二叠系山西组二1煤层普遍发育，煤层厚度稳定，是当地主要的开采煤层。但是，焦作矿区是我国有名的大水矿区，煤层下部地层水文地质条件复杂，给矿井开采带来了较大困难，主要是太原组薄灰岩含水层和奥陶系灰岩含水层。一组砂质泥岩隔水层将太原组灰岩分为上下两段，上段是L7、L8、L9灰岩含水层，下段是L2、L3灰岩含水层，上下两段水力联系被隔断。根据焦作矿区以往的开采经验可知，太原组的L8灰岩含水层是二1煤层底板的直接充水含水层。该含水层发育稳定，平均厚度为8 m，岩溶裂隙较发育，渗透系数为9.82～10.94 m/d，上下均有隔水层存在，能承受较高的注浆压力，可注性强，上距二1煤层平均30 m，距离适中。当对该含水层注浆加固后，可将两个隔水层联系起来，增大隔水层厚度，能确保煤矿安全开采。因此，通过综合分析，水平井分支孔的目的层位可选择在L8灰岩含水层施工。随着开采深度继续增加，底板承压水水压上升，可将L8灰岩和L2灰岩同时作为目的层位进行注浆加固。

3 施工工艺

地面水平井注浆施工工艺主要包括钻孔工艺和注浆工艺两部分，良好钻孔工艺能够确保分支孔按照设计轨迹施工，保证后期的注浆为有效注浆，同时注浆工艺的注浆量是衡量该工艺的重要指标，

两者相互衔接配合，共同决定了最终的注浆加固效果。

3.1 钻孔工艺