礦井深部高承壓含水層微裂隙雙液納米材料注漿技術研究

唐文迎（肥城礦業集團有限責任公司,山東　肥城　271608）

礦井深部高承壓含水層微裂隙雙液納米材料注漿技術研究

唐文迎
（肥城礦業集團有限責任公司,山東肥城271608）

摘要：通過先進的造漿、注漿設備及技術工藝方法，對深部高承壓含水層進行注漿加固，擴大漿液的擴散范圍，提高進漿量，保證注漿效果。

關鍵詞：高承壓含水層；微裂隙；雙液納米材料；注漿

1　煤層底板注漿改造其含水性的機理

巖石注漿機理：眾多的地面灌漿工程證實，對于裂隙性注漿，只有當注漿材料的粒度是裂隙寬度的1/4以下時才能被擠入。煤層底板巖石注漿改造時漿液的制取和漿液的質量、粒度也必須遵循這一規律才能實現安全注漿和安全開采。

2　注漿管路及注漿泵的設計選型

2.1注漿管路內徑與流量的關系：

（1）對于加壓注漿的管路內徑的選擇，其管路流量取決于受注對象或受注層的裂隙、溶隙、溶洞發育情況和注漿鉆孔在注漿段的凈直徑。從1985年開始的煤礦底板注漿改造到如今已有20多年，注漿實踐證明，施工的加壓注漿鉆孔在受注層的直徑一般在50-73mm，最大的也沒有超過80mm，注漿鉆孔在單位時間的吸漿量一般在9-15m3/ h，因此，注漿改造管路選取內徑44-50mm較為適宜。

（2）對于大流量灌漿注漿，即能滿足向陷落柱注漿，又能滿足向采空區或其它較為開放的空間灌漿，注漿管路的選型可以考慮按30-40m3/h的流量選擇管路內徑。

2.2注漿管路管內徑的選擇

（1）立管或立孔段管徑的選擇：底板注漿站改造時的立管選擇：內徑不低于48mm的地質管。

（2）水平管路或巷道管路內徑的選擇：底板注漿改造時的水平管路：選擇內徑不44-48mm的地質管。實踐證明，漿液的實際流速在負壓狀態下會大于2.5m/秒的經濟流速，在正壓狀態下會小于2.5m/秒的經濟流速。因此在選擇注漿管路管徑時按2.5m/秒的經濟流速驗證流量的合理性是可靠的。

（3）滿足15m3/h流量的管路選擇內徑48mm較為合適。

2.3注漿站注漿管路系統阻力計算

2.3.1注漿管路系統阻力損失計算

（1）計算方法：阻力損失系數經驗值計算法，按最遠路徑計算：取值：沿程壓力損失值為0.04，局部損失為沿程損失的15%即為沿程損失的1.15倍。

（2）地面注漿站到-550m水平注漿管路阻力計算

1）從地面注漿站到工作面注漿管路末端的壓力損失

H1=2530×0.04×1.15=116(米?水柱)=1.2MPa

2）從地面注漿站到工作面注漿孔口的有效靜壓

（采區工作面最高標高取-450m，最低標高取-550）漿液自流能到達工作面

2.3.2地面注漿站泵口壓力計算：

根據肥城礦區注漿經驗注漿壓力一般為孔口水壓的2.5～3.5倍，-550m水平孔口水壓近6MPa，孔口水壓的2倍壓力即注漿鉆孔的孔口注漿壓力在8-12MPa之間時進漿量最大，注漿改造效果好，封孔時注漿壓力在15MPa比較好。

3　粘土粉煤灰水泥漿

3.1使用粘土粉煤灰水泥漿的注意事項

粉煤灰粘土水泥漿，一般適用于充填較大裂隙的含水灰巖含水層。一般情況下，要先注粘土水泥漿。粘土水泥漿的比重控制在1.20-1.30之間。當單孔涌水量小于20m3/h且升壓很快時，直接用水泥漿注漿封孔。

3.2粘土粉煤灰水泥漿造漿

粘土漿的配制以比重控制，按1.12-1.18配制，粉煤灰水泥漿比重一般控制在1.2-1.5，粉煤灰摻入量一般在10-30%，最高達50-60%，最終的粘土粉煤灰水泥漿比重按1.25-1.3控制。當注漿壓力逐漸增大時，可減小粉煤灰的加入量，直到停止加入。

3.3 向井下壓注

每次注漿前都要進行一次注漿管路耐壓試驗，壓力達到設計終孔壓力。注漿時先注水泥漿，視情況及時改注粉煤灰水泥漿。開始將注漿泵吸漿籠頭放入吸漿池→開啟注漿泵，漿液→注漿泵→電磁流量計→注漿管路→送料孔→井下注漿管路→注漿孔→受注層。

3.4注漿方式

在鉆孔注漿過程中，一般要遵循連續注漿原則，目的是減少鉆探工程量，有效封堵導水通道。若僅對工作面底板進行改造時，若單孔注漿量超過1000噸干料時，可考慮間歇注漿，間歇期間必須及時將注漿管路沖洗干凈。

3.5注漿終孔

達到設計的注漿終孔要求時（井下注漿孔壓力的2.5～3.5倍或設計壓力，泵量為60-80l/min）即可結束注漿。

4　注漿孔的布設

有條件的先要進行物探，再根據物探資料布設鉆孔。當前沒有可靠的物探手段，要按擴散半徑20-50m均勻布設鉆孔。一般在工作面的軌中巷每隔60-80m施工一個鉆機房，鉆機房內以不同的方位、傾角分別向面的上中下各部施工2-4個鉆孔。工作面初壓及周壓地段、構造發育段（尤其斷層交叉部位）、含水層的富水段、隔水層變薄區都要酌情加密，并盡量與裂隙方向垂直或斜交。同時對工作面四周還要考慮足夠數量的鑲邊鉆孔。

5　效果

工程以7300采區的首采工作面7302為地點開展工作，該面共施工鉆孔12孔/1367.5m，采用連續注漿方式注漿,共注粘土水泥6619噸,其中水泥4170噸、粘土2449噸。注6、注7、注8鉆孔注漿量達4189噸，證明該區域徐灰巖溶裂隙發育，存在徑流帶。水與注漿干料比為1:10.4，平均單孔進漿量413.7噸,注漿封孔壓力達1.5～1.7MPa,漿液比重1.12～1.4t/m3，符合設計要求。

6　結語

該項目實現了注漿全程計算機自動化控制，精確調節注漿參數。不僅省時省力，而且節約資源，提高了注漿效果。渦流高速制漿技術—水泥、粉煤灰單液及與粘土的混合制漿均可適用。作為第三代新型注漿站制漿核心技術—渦流高速制漿—集分散、拋摔及高速渦流技術于一體，徹底解決了粉粒材料制漿過程在產生灰包的問題。

作者簡介：唐文迎（1980—），男，畢業于山東科技大學采礦專業，主要從事：專業技術工作。