以某煤田為例談對煤層基底改造工藝的研究

申作財(cái)　賈聞鵬

摘要：奧陶系灰?guī)r一般富水性強(qiáng)且水頭壓力高，通過對奧灰之上的薄層灰?guī)r含水層注漿，改造其富水性，加固底板，封堵水源補(bǔ)給通道，提高其阻水能力，形成一定厚度的有效隔水層，從而防止采中、采后突水，實(shí)現(xiàn)安全采煤。

關(guān)鍵詞：煤層基底 改造 研究

0 引言

例：某煤田煤系基底為巨厚的奧陶系石灰?guī)r含水層，煤層開采時，底板巖溶水往往以數(shù)倍以至數(shù)十倍于礦井排水能斬的水量涌入礦井，嚴(yán)重危及著礦井安全生產(chǎn)及工人生命安全。奧陶系灰?guī)r一般富水性強(qiáng)且水頭壓力高，若采用疏水降壓實(shí)現(xiàn)安全開采，則疏排水費(fèi)用太高，浪費(fèi)地下水資源且經(jīng)濟(jì)上不合理，經(jīng)長期生產(chǎn)實(shí)踐，采取的是積極預(yù)防為主的帶壓開采，主要著眼于對隔水層、水壓、水量構(gòu)造等綜合水文開采條件的認(rèn)識，可通過對奧灰之上的薄層灰?guī)r含水層注漿，改造其富水性，加固底板，封堵水源補(bǔ)給通道，提高其阻水能力，形成一定厚度的有效隔水層，從而防止采中、采后突水，實(shí)現(xiàn)安全采煤。

1 注漿施工工藝流程

采用地面注漿站，通過注漿管路和井下工作面注漿孔地薄層灰?guī)r預(yù)注漿，充分利用薄層灰?guī)r的堅(jiān)固性和巖溶裂隙的可注性，使?jié){液在注漿壓力的作用下沿著巖層裂隙擴(kuò)散、沉淀、結(jié)石、最后充填巖層裂隙，把薄層灰?guī)r不的水量換出去，使薄層灰?guī)r不含水或弱含水，從而形成完整的注漿系統(tǒng)工藝流程。

2 注漿孔布設(shè)原則

在工作面上下兩巷，一般按漿液擴(kuò)散半徑10-30M均勻設(shè)鉆孔，力求使?jié){液在整個工作面或改造范圍內(nèi)覆蓋率達(dá)80%以上。工作面初壓及周壓段，構(gòu)造發(fā)育段、含水層富水段、隔水層變薄區(qū)要加密布孔，并使鉆孔盡量與裂隙發(fā)育方向垂直或斜交，穿透含水層。

3 注漿方式

注漿改造以最大量進(jìn)漿，最大范圍的擴(kuò)散，最大限度充填為目的。應(yīng)采用全段連續(xù)注漿方式，分孔序連續(xù)注漿，直至達(dá)到終孔壓力止，如發(fā)現(xiàn)工作面底板跑漿，可間歇注漿。

4 漿注材料

以粘土為主要原料，在粘土漿中摻加適量的水泥，必要時可摻加少量的水玻璃。

4.1 粘土。是漿液的主要成份，要求具有一定的塑性指數(shù)。研究表明，塑性指數(shù)15以下的粘土一般均可作為配制漿液的原料，且塑性指數(shù)越高，粘土顆粒的分散性越好，造漿的效率越高。

4.2 水泥。是漿液的結(jié)構(gòu)生成結(jié)構(gòu)生成劑，水泥顆粒的水化作用使得漿液具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而且漿液結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的增長與水泥顆粒水化反應(yīng)速度有關(guān)，水化反應(yīng)越快，漿液結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增長亦越快。雖然普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥都可能用來配制漿液，但一般情況應(yīng)優(yōu)先選用425號和525號普通硅酸鹽水泥。

4.3 水玻璃。是漿液的添加劑，它促使水泥顆粒更快地水化，在漿液結(jié)構(gòu)形成過程中起加速凝固的作用。

5 泵量與泵壓

根據(jù)含水層巖溶裂隙發(fā)育程度及泵壓確定泵量。正常情況下，裂隙發(fā)育，鉆孔涌水量大，泵壓在2.0MPa以下時，采用全泵量大注量灌注；裂隙發(fā)育較差，鉆孔涌水量較水泵壓2.0MPa在以上時，采用中注量，達(dá)到接近終孔壓力時采用小泵量。

6 單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)常用最終吸漿量、最終壓力和穩(wěn)定時間三個指標(biāo)來表示。歸終吸漿量是指注漿至最后時的允許吸漿量。最終壓力一般為不低于孔口水壓的2.3-2.5倍；穩(wěn)定時間一般為20-30min。

實(shí)踐證明，注漿壓力越大，漿液擴(kuò)散范圍越大，對被注的薄層灰?guī)r裂隙充填越飽滿。

7 注漿程序

7.1 注漿前先對注漿孔放水，將沉淀在孔內(nèi)的碎石、巖溶裂隙中的充填物沖出，以使裂隙暢通。

7.2 水灰比、比重、稠度視單孔涌水量及巖溶發(fā)育程度確定。

7.3 注漿過程中要根據(jù)進(jìn)漿、泵壓等情況，及時調(diào)整泵量及漿液配比。

7.4 達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時，關(guān)閉孔口閥門，用清水將管道沖洗干凈，并檢修好注漿設(shè)備。

7.5 第一次序孔注漿完畢后，可根據(jù)需要布設(shè)第二次序孔，用于檢查注漿效果或視薄層灰?guī)r賦水性補(bǔ)充注漿，依次類推。

8 注漿方式

注漿的根本目的在于通過充填封堵出水通道及煤層底板裂隙，達(dá)到加固底板和增加隔水層厚度、強(qiáng)度的效果。材料以粘土和水泥漿混合液為主，分靜態(tài)注漿和動態(tài)注漿兩個方面。

8.1 漿液通過注漿孔直接進(jìn)入并充填在薄層灰?guī)r含水層溶洞裂隙及煤層底板裂隙中，先采用濃度較小的粘土漿進(jìn)行裂隙填充，采用由稀到稠連續(xù)注漿方式使混合液通過注漿孔充填到溶洞裂隙中去。以孔口壓力達(dá)到孔口水壓的2.5-3.5倍做為充填飽和和終止注漿封堵的標(biāo)志。

8.2 動態(tài)注漿 由于底板破碎及巷道采面滲水等原因，在注漿孔附近及巷道采面形成水力聯(lián)系通道時，需采用動態(tài)注漿。首先加大注漿濃度，采取循環(huán)注漿方式。若達(dá)不到效果則采取特殊注漿，一是采用水玻璃和粘土漿液進(jìn)行雙液注漿以加快動態(tài)情況下漿液的硬化速度；二是根據(jù)裂隙及溶洞比較發(fā)育不易填充的實(shí)際情況，有針對性地向孔內(nèi)填塞海帶、粉碎玉米芯、鋸末、刨花、小海棉塊、豆子、砂子等骨料，利用其膨脹系數(shù)大的特性，保證充填固結(jié)強(qiáng)度。

9 注漿改造效果檢查

9.1 把實(shí)際注漿量與預(yù)計(jì)注漿量進(jìn)行比較，看兩者的符合程度。

9.2 施工檢查孔，取芯觀察其填充膠結(jié)情況。

9.3 從檢查孔水量方面來評價注漿改造效果。