山西煤炭運銷集團華陽煤業K2灰巖水防治

李雁川

（山西晉煤集團技術研究院有限責任公司，山西 晉城 048006）

1 礦井及主要出水點概況

山西煤炭運銷集團華陽煤業有限公司屬于基建礦井，3號煤層基本采空，9號煤層東部、南部已采空，僅剩西北部尚未開采，15號煤層井田東北部原常莊煤礦已開采。現準備開采15號煤層。

現在礦井每天排水1200m3左右。主要出水水源有兩處，一處為總回風大巷距1#永久導線點983m處鉆孔出水，另一處為15#煤運輸大巷距總回風大巷以西60m處鉆孔出水。如圖1所示。這兩處出水水源均為K2灰巖巖溶水，且長期無法排盡。為保障礦井安全生產并降低礦井排水費用，特編制本注漿堵水方案。

2 施工方案

2.1 施工程序

（1）礦井水源主要來自井田東部，故在總回風大巷、15煤回風大巷及15101工作面運輸順槽內布置注漿鉆孔并注漿，截斷礦井東部補給水源。

（2）注漿堵水工程結束后布置檢驗鉆孔，檢驗注漿堵水效果。

2.2 鉆孔設計

（1）注漿堵水鉆孔設計

使用鉆機在礦井總回風大巷、15煤回風大巷及15101工作面運輸順槽內每隔20m布置一個注漿鉆孔，向東覆蓋煤柱幫以外20m范圍。注漿鉆孔位置及擴散范圍如圖2所示。

圖1 華陽煤業15煤主要出水點示意圖

圖2 注漿鉆孔位置及擴散范圍示意圖

本次注漿鉆孔共設計96個，其中1～8號鉆孔布置在總回風大巷內，9～43號鉆孔布置在15煤回風大巷內，44～96號鉆孔布置在15101工作面運輸順槽內。注漿鉆孔剖面圖如圖3所示，具體鉆孔參數見表1。

圖3 注漿鉆孔剖面圖

表1 注漿鉆孔參數

（2）檢驗鉆孔設計

待注漿鉆孔施工完畢后，在總回風大巷、15煤回風大巷及15101工作面運輸順槽內每隔20m布置一個檢驗鉆孔，垂直向上打鉆檢驗注漿堵水效果。檢驗鉆孔布置范圍如圖4所示。

本次檢驗鉆孔共設計96個，其中1～8號鉆孔布置在總回風大巷內，9～43號鉆孔布置在15煤回風大巷內，44～96號鉆孔布置在15101工作面運輸順槽內。如果檢驗孔出水，要進行注漿封堵。檢驗鉆孔剖面圖如圖5所示，具體鉆孔參數見表2。

圖4 檢驗鉆孔布置圖

圖5 檢驗鉆孔剖面圖

表2 檢驗鉆孔參數

3 鉆孔工藝

注漿鉆孔鉆進采用ZDY1250液壓鉆機，配套Φ50mm×1000mm鉆桿，鉆頭為Φ75mm三翼復合片鉆頭，鉆孔成孔直徑為Φ75mm，擴孔采用Φ113mm擴孔鉆頭。開孔孔徑Φ113mm，下外徑Φ108mm止水套管，長度6m，凝固后固管試壓4MPa，持續時間不少于0.5h。

檢驗鉆孔鉆進采用MYL2-250/400液壓履帶錨桿鉆機，配套B19/B22鉆桿，鉆頭為Φ32mm，下外徑Φ25mm止水套管，長度6m，凝固后固管試壓2MPa，持續時間不少于0.5h，然后注漿封堵。

4 注漿工藝

4.1 單孔注漿量預計

根據單位吸水量和巖石裂隙率，結合注漿擴散范圍，采用下面公式計算單孔注漿量：

V=AHπR2ηβ

式中：

V-單孔漿液預計注入量，m3；

A-漿液消耗系數，一般取1.2～1.3；

H-注漿段巖溶裂隙層厚度，m；

R-漿液有效擴散半徑，m；

η-巖溶裂隙率，%；

β-漿液充填系數，為0.7～0.9。

本次注漿工程中，漿液消耗系數A取1.2，注漿段巖溶裂隙層厚度H取10m，漿液有效擴散半徑R取10m，巖溶裂隙率η取3%，充填系數β取0.7，計算得單孔漿液預計注入量V大約為79m3。

4.2 注漿原則

鉆進過程中出水即注，待鉆孔不出水后，繼續鉆進直至目的層位。注漿鉆孔注漿壓力為4MPa，檢驗鉆孔注漿壓力為2MPa，保持壓力持續15min，然后關閉閥門，保壓待凝。

4.3 注漿要求

（1）注漿主要采用ZBYSB320/8-22型煤礦用液壓注漿泵，配合LJ-300型攪拌機進行，注漿材料主要采用42.5#普通硅酸鹽水泥，必要時可加入適量的三乙醇胺（0.03%～0.05%）做早強劑。

（2）采用孔口壓注的方式，由淺到深，連續性注漿。

（3）注漿加固充填治理要達到階梯性的預期效果，施工順次根據實際的地質條件變化優化鉆孔布置位置參數和鉆孔數量。各鉆孔施工及注漿順序按鉆孔編號依次施工，除放水、泄壓、觀察孔外，原則上遇水即注，打一個注一個，由低壓向高壓逐級過渡，最終達到設計注漿壓力。

（4）在通道正常的情況下注漿，注漿濃度要合理配置，不宜過稀或過濃，漿液水灰比應控制在0.6:1～1.5:1，具體濃度視鉆孔注漿情況確定，可現場調試。

4.4 防跑漿措施

注漿過程中，專人來回巡查，發現跑漿，根據不同情況立即采取加大漿液比重、添加固料、雙液注漿、間歇注漿、跑漿處局部封堵、導水管跑漿關閥門等措施。

（1）注漿前，對鉆孔進行壓水，主要目的是疏通注漿管路及孔內巖石裂隙、測定單位受注層段吸水率。

（2）調試漿液開始按規定壓力注漿，注漿期間現場交接班，保障注漿機器連續運轉，注漿量根據實際情況定量。

（3）當注漿壓力保持不變，吸漿量均勻減少時，或當吸漿量不變，壓力均勻升高時，注漿工作應持續下去，一般不得改變水灰比。

（4）一般注漿工作必須連續進行，直至結束。

（5）泵量穩定在40～60L/min，注漿孔孔口壓力達到終孔壓力技術要求，持續時間不低于30min，即可結束注漿。

5 堵水效果

（1）本次注漿堵水工程共施工注漿鉆孔106個，其中，前期96個，后期加密10個。鉆探總進尺1534m，注入水泥748t，從而使注漿面積達到20000m2，注漿孔密度達到188.7m2/孔，鉆孔平均間距達到18m左右。

（2）本次注漿堵水工程共施工檢驗鉆孔105個，檢驗鉆孔總進尺1050m，注入水泥6t，除總回風大巷和15煤回風大巷局部低洼處少量出水外，其余檢驗鉆孔均無明顯出水。

（3）通過本次注漿堵水工程，將井田內東部大部分來水阻擋在了注漿段以東區域，礦井排水量減少至200m3/d左右，大大降低礦方排水費用，保證了礦井安全生產。