Ⅲ625工作面底板灰岩注浆改造技术共5页文档

1、m 625工作面底板灰岩注浆改造技术、儿 前言一、地质及水文地质概况 杨庄煤矿位于安徽省淮北市烈山区，隶属于淮北矿业集团公司。井田 地层属于华北型，石炭系 二迭系含煤地层覆盖于奥陶系灰岩地层之上。 井田地处闸河复向斜的南段，以宽缓的褶皱构造为主，次级褶曲发育，区 内小型断层比较发育，大中型断层相对较少。含煤地层上部被第四系冲积 层覆盖，地面标高 +29.6m 左右。二迭系山西组 6(10)煤层是本矿主采煤层之一， 6( 10)煤层开采过 程中受底板太原群灰岩水害的严重威胁。从 1994至2005年的 12年中， 该矿6 (10)煤层的幵采曾发生6次底板太原群灰岩突水，涌水量 80 130m3/

2、h°m 625工作面水文地质条件十分复杂，表现在物探资料揭露，工 作面里段105m灰岩水存在原始导高Cp,而且该段掘进时顶底板出水量 20 m3/h,经水质化验判断为灰岩水。6 (10)煤底板以下4558m段岩性为泥岩厚度2.4m,砂岩厚度36m, 海相泥岩15.0m，构成相对隔水层，其下为太原群岩溶裂隙含水组(简称“太灰”)，总厚度约156m,以薄层灰岩与煤层、泥岩互层为主，所见灰 岩共12层，从上至下分别简称为“1灰12灰”。灰岩累计厚度69m,单 层厚度较大的有 3灰、 4灰、 11 灰、 12灰等。根据各单层灰岩厚度及层间 距的大小，可将本组分为上、中、下三个含水段，上段 1

3、 灰至 4灰，中下 段 5 灰至 12 灰。各段相对独立，正常地段不存在越流补给关系上段距开 采煤层较近，是 6(10)煤开采的主要充水含水层。含水层岩溶裂隙发育， 富水性强，钻孔单位涌水量q =2.33811.313L/s.m，渗透系数K =0.128 97.16m/d，水压3.8MPa。为保证川625工作面安全生产，采前对该面底板 灰岩含水层进行了注浆加固，改造含水层为隔水层，提高底板综合抗水压 能力。二、底板灰岩含水层的改造方案（1）加固地段与改造含水层位根据淮北矿区经验，当突水系数 Ts值小于0.07MPa/m时6（ 10）煤层 幵采一般才是安全的。由于工作面的灰岩水压值P=3.8 M

4、Pa，根据矿井水文地质规程，突水系数Ts满足公式将突水系数Ts、水压P、灰岩水导高Cp代入该式，可以反算出隔水 层厚度PN厚度应当大于66m根据6煤底板隔水层厚度及岩性，本着加 固后的底板厚度既能满足防治水的需要，又要经济合理的原则，确定底板 改造方案为：以改造 1 灰 3 灰为主，兼顾加固砂岩，尤其以改造 1 灰 2 灰含水层位为重点。（ 2）工程布置根据注浆改造方案，机巷钻孔层位穿过1灰，进入2灰1m 2灰钻孔按照浆液扩散半径冬50m均匀布置，特殊地段（断层裂隙发育区等）和物 探异常区加密布孔，钻孔孔底平面间距一般为60m机巷侧布孔原则上孔底距巷道40m沿机巷布置钻场钻孔，斜距 80110

5、m平均96m钻孔倾 角 30° 35°。 沿工作面走向设计钻孔 3 排，其中机巷内侧断层下盘 1 排（ 2 个孔）（见图）。钻孔设计方向与断裂构造和裂隙发育方向尽量正交。 钻孔以斜孔为主，使钻孔揭露的含水层段尽量长，以增加注浆量。钻孔布置还要便于钻孔排水、有利于注浆三、钻孔施工、注浆工艺（ 1） 钻孔施工考虑到川625工作面斜长达125m,工作面钻进过程中采用 ZDY-1900S大功率、高钮矩钻机施工。为揭露更多裂隙，提高注浆改造效果，所有钻 孔基本低角度施工，即面内异常机巷开孔，本次注浆采用地面注浆站造浆（注浆量，浆液浓度微机自动控制计量），91钻孔和 32高压管路输送

6、系统。应用结果表明，地面注浆站系统因其造浆和输送的连续性、浆液密 度的可控性，非常适合于大量连续注浆需要，具有井下注浆站无法比拟的 优越性。主要注浆设备为 M3B260/7 型四档变量泥浆泵。钻孔结构为：开 孔直径 130mm终孔直径 91mm 04m用 127mm的护壁管；110mm 孔径下 108mm止水套管2839m （视钻孔角度确定，保证距底板法向间 距10米以上），其下为 91mm裸孔，108mm止水套管耐压不少于 10 MPa 每一钻场首先施工高角度钻孔， 其次钻孔间隔施工， 相互作为探查孔。底板探查孔和底板注浆孔施工至砂岩段，灰岩含水层段分别做压水试验， 掌握管路、水泵性能，探查

7、各含水层段的裂隙发育情况，求得相应含水层 参数，事先预计钻孔注浆量，根据注浆情况可初步评价注浆效果。对注浆 效果通过检查孔验证。检查孔的数量不少于注浆孔的20%，当检查孔出水量大于 20m3/h 时，认为注浆效果没达到要求，需进行复注。重点检查地 段为构造带、物探异常区、富水区、注浆量少及水电影响地段。（ 2）注浆工艺选用 425#普通硅酸盐水泥作为注浆材料，辅助材料为粉煤灰。 浆液浓度的控制原则是：为保证浆液扩散得较远，浆液浓度不宜过大，一般水泥 浆液水灰比应控制在 1:2 左右，最高不超过 1:3 ，最低不低于 1:1 ，先期 注稀浆，后期逐渐增大浆液浓度。控制注浆压力一般为钻孔静水压力的

8、1.52倍，最大不超过9MPa当单位时间吸浆量小于 40L/min且稳定10min 即可结束注浆。通常本着充分进浆的原则，对注浆量不做限制，但单孔注 浆量超过 386 吨水泥，可考虑增加注浆浓度。如果注浆加固孔砂岩段出水，无论水量大小，均实行分段注浆；即使砂岩段出水不明显，压水试验的水压低于4MPa也进行分段注浆，以确保高渗透率地段充分进浆。只对全段不出水且水压试验无异常的钻孔实行终 孔全段注浆。工程中要求涌水量大于 30m3/h 的钻孔在注浆结束后要进行透孔，以 检验钻孔涌水量，至钻孔涌水量小于 30m3/h 为止。在实际施工时个别钻 孔曾透孔 4 次。四、底板注浆加固及含水性改造效果检验本次钻进采用ZDY -1900S钻机施工（钻杆自动拧卸，辅助工序少，钻 进效率高）。从2007年1月5月的20天时间内共在川625机巷3个钻场 内共施工4个孔，钻进工程量为435m平均钻进效率为22m/d.台。川625工作面底板改造注浆工程中，4个注浆孔共注水泥591吨，最大单孔注浆量达 196 吨，平均单孔注浆量 147.8 吨。注浆后进行了二次电 法检查，透孔压水试验及取芯验证注浆质量。二次电法资料显示注浆后灰 岩视电阻率低阻异常大大削弱，底板隔水性能显著增强，注浆效果良好； 取芯验证，灰岩含水层裂隙内有水泥浆充填。检验后期的压水试验，灰岩 内在低泵量下已压不进水，单位吸涌水量大大减少