煤層底板的改造工藝研究

　　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(shí)，底板巖溶水往往以數(shù)倍以至數(shù)十倍于礦井排水能力的水量涌入礦井，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(zhǎng)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(duì)隔水層、水壓、水量構(gòu)造等綜合水文開采條件的認(rèn)識(shí)，通過(guò)對(duì)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(guò)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下的水量換出去，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(gè)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。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(shí)可摻加少量的水玻璃。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；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(zhǎng)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(zhǎng)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(lái)配制漿液，但一般情況應(yīng)優(yōu)先選用425號(hào)和525號(hào)普通硅酸鹽水泥；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(guò)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(shí)，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(shí)，采用中注量，達(dá)到接近終孔壓力時(shí)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(shí)間三個(gè)指標(biāo)來(lái)表示。歸終吸漿量是指注漿至最后時(shí)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(shí)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(duì)被注的薄層灰?guī)r裂隙充填越飽滿。
　　7、注漿程序。（1）注漿前先對(duì)注漿孔放水，將沉淀在孔內(nèi)的碎石、巖溶裂隙中的填充物沖出，以使裂隙暢通。（2）水灰比、比重、稠度視單孔涌水量及巖溶發(fā)育程度確定。（3）注漿過(guò)程中要根據(jù)進(jìn)漿、泵壓等情況，及時(shí)調(diào)整泵量及漿液配比。（4）達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，關(guān)閉孔口閥門，用清水將管道沖洗干凈，并檢修注漿設(shè)備。（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(guò)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(dòng)態(tài)注漿兩個(gè)方面：（1）靜態(tài)注漿。漿液通過(guò)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(guò)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倍作為充填飽和和終止注漿封堵的標(biāo)志。（2）動(dòng)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(shí)，需采用動(dòng)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(dòng)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(duì)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。（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。（2）施工檢查孔，取芯觀察其填充膠結(jié)情況。（3）從檢查孔水量方面來(lái)評(píng)價(jià)注漿改造效果。
　　（作者單位：雙鴨山礦業(yè)集團(tuán)東保衛(wèi)礦掘進(jìn)區(qū)）