煤层底板的改造工艺研究

来源:用户上传      作者: 赵万刚

　　某煤田煤系基底为巨厚的奥陶系石灰岩含水层，煤层开采时，底板岩溶水往往以数倍以至数十倍于矿井排水能力的水量涌入矿井，严重危及着矿井安全生产及工人生命安全。
　　奥陶系灰岩一般富水性强且水头压力高，若采用疏水降压实现安全开采，则疏排水费用太高，浪费地下水资源且经济上不合理，经长期生产实践，采取的是积极预防为主的带压开采，主要着眼于对隔水层、水压、水量构造等综合水文开采条件的认识，通过对奥灰之上的薄层灰岩含水层注浆，改造其富水性，加固底板，封堵水源补给通道，提高阻水能力，形成一定厚度的有效隔水层，从而防止采中、采后突水，实现安全采煤。
　　1、注浆施工工艺流程。采用地面注浆站，通过注浆管路和井下工作面注浆孔地薄层灰岩预注浆，充分利用薄层灰岩的坚固性和岩溶裂隙的可注性，使浆液在注浆压力的作用下沿着岩层裂隙扩散、沉淀、结石、最后充填岩层裂隙，把薄层灰岩下的水量换出去，使薄层灰岩不含水或弱含水，从而形成完整的注浆系统工艺流程。
　　2、注浆孔布设原则。在工作面上下两巷，一般按浆液扩散半径10―30M均匀设钻孔，力求使浆液在整个工作面或改造范围内覆盖率达80%以上。工作面初压及周压段，构造发育段、含水层富水段、隔水层变薄区要加密布孔，并使钻孔尽量与裂隙发育方向垂直或斜交，穿透含水层。
　　3、注浆方式。注浆改造以最大量进浆，最大范围的扩散，最大限度充填为目的。采用全段连续注浆方式，分孔序连续注浆，直至达到终孔压力止，如发现工作面底板跑浆，可间歇注浆。
　　4、浆注材料。以粘土为主要原料，在粘土浆中掺加适量的水泥，必要时可掺加少量的水玻璃。粘土是浆液的主要成份，要求具有一定的塑性指数。研究表明，塑性指数15以下的粘土一般均可作为配制浆液的原料，且塑性指数越高，粘土颗粒的分散性越好，造浆的效率越高；水泥是浆液的结构生成结构生成剂，水泥颗粒的水化作用使得浆液具有一定的结构强度，而且浆液结构强度的增长与水泥颗粒水化反应速度有关，水化反应越快，浆液结构强度增长亦越快。虽然普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥都可能用来配制浆液，但一般情况应优先选用425号和525号普通硅酸盐水泥；水玻璃是浆液的添加剂，它促使水泥颗粒更快地水化，在浆液结构形成过程中起加速凝固的作用。
　　5、泵量与泵压。根据含水层岩溶裂隙发育程度及泵压确定泵量。正常情况下，裂隙发育，钻孔涌水量大，泵压在2.0MPa以下时，采用全泵量大注量灌注；裂隙发育较差，钻孔涌水量较水泵压2.0MPa在以上时，采用中注量，达到接近终孔压力时采用小泵量。
　　6、单孔注浆结束标准。注浆结束标准常用最终吸浆量、最终压力和稳定时间三个指标来表示。归终吸浆量是指注浆至最后时的允许吸浆量。最终压力一般为不低于孔口水压的2.3~2.5倍；稳定时间一般为20~30min。实践证明，注浆压力越大，浆液扩散范围越大，对被注的薄层灰岩裂隙充填越饱满。
　　7、注浆程序。（1）注浆前先对注浆孔放水，将沉淀在孔内的碎石、岩溶裂隙中的填充物冲出，以使裂隙畅通。（2）水灰比、比重、稠度视单孔涌水量及岩溶发育程度确定。（3）注浆过程中要根据进浆、泵压等情况，及时调整泵量及浆液配比。（4）达到注浆结束标准时，关闭孔口阀门，用清水将管道冲洗干净，并检修注浆设备。（5）第一次序孔注浆完毕后，可根据需要布设第二次序孔，用于检查注浆效果或视薄层灰岩赋水性补充注浆，依次类推。
　　8、注浆方式。注浆的根本目的在于通过充填封堵出水通道及煤层底板裂隙，达到加固底板和增加隔水层厚度、强度的效果。材料以粘土和水泥浆混合液为主，分静态注浆和动态注浆两个方面：（1）静态注浆。浆液通过注浆孔直接进入并充填在薄层灰岩含水层溶洞裂隙及煤层底板裂隙中，先采用浓度较小的粘土浆进行裂隙填充，采用由稀到稠连续注浆方式使混合液通过注浆孔充填到溶洞裂隙中去。以孔口压力达到孔口水压的2.5~3.5倍作为充填饱和和终止注浆封堵的标志。（2）动态注浆。由于底板破碎及巷道采面渗水等原因，在注浆孔附近及巷道采面形成水力联系通道时，需采用动态注浆。首先加大注浆浓度，采取循环注浆方式。若达不到效果则采取特殊注浆，一是采用水玻璃和粘土浆液进行双液注浆以加快动态情况下浆液的硬化速度；二是根据裂隙及溶洞比较发育，不易填充的实际情况，有针对性地向孔内填塞海带、粉碎玉米芯、锯末、刨花、小海棉块、豆子、砂子等骨料，利用其膨胀系数大的特性，保证充填固结强度。
　　9、注浆改造效果检查。（1）把实际注浆量与预计注浆量进行比较，看两者的符合程度。（2）施工检查孔，取芯观察其填充胶结情况。（3）从检查孔水量方面来评价注浆改造效果。
　　（作者单位：双鸭山矿业集团东保卫矿掘进区）

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