注浆堵漏技术在井下防水中的应用研究

张志伟

（同煤集团永定庄煤业公司，山西 大同 037003）

永定庄煤业307 盘区8103 综采面走向近似NW-SE，煤层的平均倾角为3.9°，煤层的平均厚度为4.0 m，煤层结构相对简单，属于结构简单型煤层，其平均抗压强度约为386.2 MPa，普氏系数为2.6～4.0。井下上覆为原11-12#层8701 综采采空区，巷道掘进过程中已施工探放水孔4 个，探测到原11-12#层8701 综采采空区低洼处无积水。巷道掘进过程中0～120 m 为14#层，与12#煤层层间距9.3～14.1 m；120～350 m 为11#、12#煤层分叉区，层间距4～0.8 m；350～880 m 为11#、12#煤层合并区，与上分层采空区间距3.2～1.0 m。上分层采空区由泥岩、砂岩构成，其中存在着大量的积水，且该积水区域和地下暗河相通，属于典型的富水区域。

8103 综采面的长度约为571 m，巷道的断面为半圆拱形，断面的宽度为4.3 m，断面的高度为3.2 m。巷道的表土段采用混凝土支护结构，在基岩位置采用锚网联合支护结构。在井下巷道围岩裂隙处存在着严重的渗水现象，渗水段的长度超过了100 m。通过对该处地质结构的勘察，其漏水的原因在于围岩处和支护处存在着较多的裂纹，裂纹直通顶板上采空区域的积水层。为了彻底对渗水区域进行处理，矿山安全小组对多种堵漏方案进行了研究，最终确定采用注浆堵漏的技术方案，对其应用工艺和施工过程进行了详细的分析，根据应用结果表明注浆堵漏技术能够有效解决巷道围岩裂隙渗水的问题，具有堵漏效果好、成本低的优点，能够极大地提升井下综采作业的安全性。

1 注浆堵漏工艺方案

根据煤矿井下实际地质条件，结合对堵漏经济性的分析，决定采用在巷道围岩两侧通过二序布孔[1]的工艺方案进行注浆堵漏。首先设置注浆孔，然后向孔内注入水泥浆料及补强型防渗漏材料，用于对开裂的缝隙进行封堵。水泥注浆料具有成本低的优点，但颗粒度较大且凝固时间长，无法有效地对微缝隙泄漏孔进行封堵，也无法对大的漏点进行快速封堵。补强型防渗漏材料具有凝固速度快、密封性好的优点，但成本相对较高。因此为了在确保堵漏可靠性的条件下尽量降低堵漏成本，采用了水泥浆料密封和补强型防渗漏材料密封相结合的方案[2]。补强型防渗漏材料主要用于封堵岩层深处的细微裂纹及水流量较大的孔洞，水泥浆料密封主要用于对壁厚较大的裂纹及水流量较小的孔洞进行密封。水泥注浆料选择42.5 号的硅酸盐水泥材料，水灰比按1:4 控制。补强型防渗漏材料为双组分材料，在混合时两种材料的质量比为1:1，在搅拌机内进行充分混合。

为了确保注浆时的连续性和注浆效率，采用了ZBQ-50/6 型空气高压泵。该注浆泵的最大排量为50 L/min，进气口的压力约为0.6 MPa，电机的功率约为11 kW。浆料混合的搅拌机采用了JB-200L 的搅拌器，其容积约为200 L，电机的驱动功率约为560 kW，注浆时的孔口管采用了直径为46 mm 的无缝钢管，其长度约为1500 mm。在进行注浆时，通过注浆泵的作用将混合流体注入到补强区域，然后向四周扩散，并渗透到围岩内部的缝隙内，实现对围岩内部裂隙的有效封堵。

2 井下注浆施工

在对煤矿井下8103 综采面地质结构分析后，确定采用分二序布孔方案，其中一序布孔孔深为2000 mm，各注浆孔的距离同样设计为2000 mm，用于实施水泥浆料密封。第二序布孔采用的孔深为3000 mm，各注浆孔的间距设置为2000 mm，用于实施补强型防渗漏材料的注浆封堵。

注浆时按照先对围岩两侧注浆，然后再两帮底部自下而上逐渐喷淋的方案，避免在注浆过程中注浆料被冲刷掉。二序布孔呈梅花型相互交叉沿着围岩布置[3]，注浆区域的长度约105 m，共设置钻孔210 个，分为30 组，每组7 个注浆孔，其结构分布如图1。

图1 二序布孔结构示意图

在注浆施工的过程中，根据施工的难易顺序，首先采用风钻进行注浆孔钻进，在钻进的过程中同步准备注浆材料，并进行设备的安装和接头。注浆料准备完成后进行高压洗孔，之后进行注浆及清理。

3 井下注浆核心控制点

在注浆过程中，首先根据注浆孔的直径和注浆距离，设置注浆流量为55 L/min，根据注浆的时间，设置注浆料中浆液水灰比为1:3，然后开始注浆。注浆过程中需根据水泥注浆料和补强型防渗漏材料的不同特性进行专门的注浆工艺流程设置，先高压洗孔然后注浆，最后再进行清理。当注浆料进入到含水层岩壁的裂缝后，操作人员根据注浆料的压力情况进行控制，保证注浆过程中注浆压力的一致性，确保注浆料能够填实孔洞[4]。

在注浆的过程中为了避免出现管路在高压情况下的泄漏现象，当管路连接好后将泄浆阀打开，然后通入清水进行管路试压。在管路内通入6 MPa 的工作压力，对管路进行保压10 min 的试验，确保各处无漏水，保压完成后进行注浆。注浆过程中需要重点注意跑浆现象，避免注浆压力过大导致的鼓起现象，必要时候可采用间歇注浆的方式进行操作。

在采用水泥注浆的过程中，应首先在搅浆桶里进行搅拌处理，然后将搅拌完成的水泥浆料传输到储浆桶内，通过注浆泵、传输管道、控制阀等注入到岩壁内的裂隙处。在注浆结束后控制系统，加入清洗剂和清水对管路进行冲洗，确保管路不被堵塞。在采用水泥注浆料时为了确保堵水的可靠性，首先采用速凝型堵水材料进行预处理。当采用补强型防渗漏材料时，直接在搅拌桶里进行搅拌并采用注浆泵传输到堵漏处。

8103 综采面的井下堵漏共使用水泥注浆料17 t，补强型防渗漏材料9.5 t，速凝型堵水材料1.4 t，堵漏后的渗水量由最初的7.27 m³/h 降低到0.11 m³/h，取得了极好的堵漏效果，目前已在井下取得了极好的应用效果。

4 结论

针对永定庄煤业井下巷道围岩裂隙渗水严重，给井下综采作业安全造成严重影响的现状，提出了一种注浆堵漏技术方案，对注浆堵漏原理、施工方案和注浆效果等进行了分析，对注浆堵漏工艺方案和注浆堵漏核心控制点进行了分析，根据实际应用表明：

（1）采用水泥浆料密封和补强型防渗漏材料密封相结合的方案，能够确保在堵漏可靠性的条件下尽量降低堵漏成本；

（2）井下注浆施工采用分二序布孔方案，注浆时按照先对围岩两侧注浆，然后再两帮底部自下而上逐渐喷淋的方案，避免在注浆过程中注浆料被冲刷掉；

（3）8103 综采面井下堵漏共使用水泥注浆料17 t，补强型防渗漏材料9.5 t，速凝型堵水材料1.4 t，堵漏后的渗水量由最初的7.27 m³/h 降低到0.11 m³/h，取得了极好的堵漏效果。