煤矿井下注浆堵漏防水技术研究

都 建

（山西晋煤集团泽州天安苇町煤业有限公司，山西 晋城 048000）

随着煤矿综采作业深度的不断增加，在开采过程中出现突水事故的概率不断加大，传统情况下通常采用增加防水墙堵漏的方式，但由于煤矿井下地质条件复杂，增加防水墙的方案受地质条件影响大、施工周期长、堵漏效果差，无法满足高效综采作业过程中快速堵漏的需求。因此本文提出了一种新的煤矿井下注浆堵漏方式，对注浆核心参数选择、注浆孔设置等进行了分析，确定了最佳的注浆堵漏工艺方案，根据实际应用表明新的注浆堵漏技术不仅能够将注浆堵漏效率提升64%以上，而且还能够显著提升注浆堵漏效果，对提升井下防水经济性和安全性具有十分重要的意义。

1 注浆堵漏技术原理

综采作业过程中井下渗水主要是由于巷道岩壁内存在着大量的裂缝和积水区域相通，在综采扰动、矿压波动下裂隙区域进一步扩大，导致积水涌出，传统堵水墙的方案是将涌出的积水堵在一个限定的区域内，属于被动式的防水措施，效率低、堵水可靠性差[1]。因此本文提出了一种新的注浆堵漏技术，该技术是将胶凝状态的堵漏材料通过管道注入到有裂隙的岩层内，使注浆料充满岩层内的缝隙，注浆料快速凝固后就能够将碎裂的岩层凝合成一个整体，不仅消除了渗水的路径，而且也使不稳定的岩石区域得到了加强，提升了围岩的稳固性。

注浆料是堵漏的核心，为了满足快速堵漏的需求，注浆料需要具有较好的流动性，以满足快速传输的需求，要求注浆料具有快速凝结的特性，以满足堵漏可靠性的需求，同时注浆料还需要具有较低的价格，以满足堵漏经济性的需求。常用的注浆堵漏材料包括水泥注浆料、DSS堵水材料等，水泥材料的价格低但流动性不足，因此常用于大裂缝或者大孔洞处堵漏，DSS化学堵水材料价格略高但流动性好，常用于小缝隙处堵漏，为了保证注浆堵漏的效果和经济性，通常将二者交替使用，满足井下堵水需求。

2 注浆孔设置工艺流程

井下注浆堵漏主要包括设置注浆孔、注浆堵漏，在这个过程中的核心在于注浆孔钻孔工艺方法、注浆料配比以及注浆压力的选择。以典型性渗水巷道为例，其巷道总长约为400 m，巷道的倾角约为7.4°，巷道断面为拱形断面，巷道宽4 500 mm，高3 500 mm，其顶板主要由4层石灰岩构成，石灰岩上层约10 m处有地下暗河流过，巷道内存在严重的拱顶淋水现象，给井下的综采造成了极大的安全隐患。因此需采用注浆堵漏方案进行防水。

由于注浆孔需要沿着拱形巷道四周设置，因此为了确保打孔的便捷性和效率，选择了手持式液压钻机和专用的钻头钻进。根据预先勘探的井下涌水情况，设置钻孔的内径为95 mm，钻进10 m后在钻孔内设置一个内径为90 mm的钢管作为注浆孔的加强管，在加固后利用压力表对孔口做耐压测试，为了保证可靠性，要求孔口压力在大于3.5 MPa的情况下稳压超过40 min，若无泄漏且套管稳定则继续用直径为76 mm的钻头进行钻进。

根据拱形巷道的结构及巷道周围的地质情况，将注浆孔分为不同的类型[2]：1序注浆孔设置深度为2 000 mm，孔间距为2 000 mm，该类型的孔主要设置在孔间隙较大的位置，用于注水泥浆料；2序注浆孔设置深度为3 000 mm，孔间距为2 000 mm，该类型的孔主要设置在孔间隙较小的位置，用于注DSS化学堵水材料。根据材料特性及渗漏特性，在注浆过程中需要先对渗漏段的两侧注浆，然后再从低帮处依次向上，避免在堵漏过程中导致水流压力增加，破坏其他区域的稳定性，注浆孔的位置设置如图1所示。

图3 巷道内注浆孔位置设置示意图

3 注浆工艺流程

传统注浆方案中注浆的效率和注浆压力有直接的关系，注浆压力越大注浆效率越高，但注浆压力的增加将导致注浆裂隙处承受更大的压力，有出现大范围垮塌的隐患，因此本文提出了一种新的“分散制浆、细管输浆，多次透孔注浆的方案”[3]，采用ZBQ-50/6型注浆泵为注浆动力源进行注浆，保证注浆时的连续性。水泥注浆液采用硅酸盐水泥，水：灰=1∶3，保证凝固速度和流动性能的统一，DSSS化学堵水材料直接放入到注浆泵内即可。注浆时的压力既要保证大于岩层内的水压，又要避免过大的压力导致周围岩层稳定性的损坏，根据实际测得的水压及围岩强度，最终选择的工作压力为8 MPa。

在注浆时采用连续注浆方案，在工作时需要严密观察注浆区域的岩层变化趋势，若注浆孔出现垮塌或者围岩缝隙扩大，则需要停止注浆并对围岩松动区域加强支护，确保注浆的安全性。针对传统单点固管防喷可靠性不足、易喷浆的情况，结合注浆工艺流程，提出了一种新的二级套管防喷结构[4]，在注浆时连续注浆到浆液充满注浆孔，在凝固24 h后对注浆孔进行透孔，若无涌水则表明注浆合格，若继续有水涌出，则表明未凝固完全，需要进一步凝固或者重复注浆，二级套管防喷结构如图2所示。

通过对新的注浆堵漏工艺分析，该工艺不仅能够将注浆堵漏效率提升64%以上，而且能够有效提升井下防水效果，对提升煤矿井下综采作业安全性具有极大的意义。

图2 二级防喷套管结构示意图

4 结论

针对煤矿井下防水墙堵漏方式存在的施工量大、堵水效果差，给井下综采安全带来严重隐患的难题，提出了一种新的煤矿井下注浆堵漏方式，对注浆核心参数选择、注浆孔设置等进行了分析，确定了最佳的注浆堵漏工艺方案，根据实际应用表明：

1）注浆堵漏技术是将胶凝状态的堵漏材料通过管道注入到有裂隙的岩层内，不仅消除了渗水的路径，而且也使碎裂的岩石区域得到了加强，提高了巷道围岩的稳定性。

2）水泥堵漏材料的价格低但流动性不足，常用于大裂缝或者大孔洞处堵漏，DSS化学堵水材料价格略高但流动性好，常用于小缝隙处堵漏，通常将二者交替使用，保证注浆堵漏的效果和经济性。

3）在注浆过程中需要先对渗漏段的两侧注浆，然后再从低帮处依次向上，避免在堵漏过程中导致水流压力增加，破坏其他区域的稳定性。

4）分散制浆、细管输浆，多次透孔注浆的方案能够有效保障注浆效率和安全性的统一，能够将注浆堵漏效率提升64%以上，显著提升注浆堵漏经济性和安全性。