试分析矿井煤层底板承压水防治

试分析矿井煤层底板承压水防治

厍瑞

乌海市裕隆利胜矿业有限公司 016000

摘要：矿井周围水资源丰富，如果处理不当会产生较为严重的涌水问题，威胁煤矿生产安全。本文介绍了某矿田水文地质特征，基于钻孔实验研究了1605回采工作面围岩水文地质情况，针对矿井煤层底板承压水问题采取注浆加固方案，通过实践应用取得了良好的治理效果。

关键词：矿井；煤层底板；承压水；注浆

引言

我国作为煤炭生产、消费大国，每年煤炭资源开采量非常高。我国大部分都是地下煤矿，在煤矿开采中可能会涌现地下水，如果不采取有效防治措施，轻则影响煤矿正常开采，重则引发煤矿安全事故，负面影响非常大。因此，做好矿井煤层底板承压水防治工作有着重要意义。需要结合煤矿工作面实际状况对突水机理、防治技术展开深度研究，针对现有问题采取有效的防治策略，从而保障煤矿开采安全和工人人身安全。

1. 工程概况

某矿井设计生产能力30万吨/年，核定生产能力60万吨/年。井田东西走向长约1.5km，南北宽约1.0km，面积1.2096km2，开采标高860-1090m。1605工作面位于井田西北部，走向长度420m，倾斜长度161m，东南高西北低，煤层底板标高911.2m-950.13m，煤层倾角0-9°。

该矿井目前回采16煤，平均隔水层厚度为37.02m。1605工作面主要水害是底板奥陶系灰岩水，属于带压开采安全区。根据突水系数计算，1605工作面东区突水系数0.037-0.048MPa/m，小于底板受构造破坏地段0.06MPa/m的临界值，负荷带压开采安全标准。1605工作面底板与奥灰之间发育有本溪组黄砂岩含水层1～3层，总厚度3～5m，富水性不均一。在正常区域开采16煤其标高+718.45m以浅时不受奥灰水的威胁，在构造破碎区域开采16煤其标高+866.53m以浅时不受奥灰水的威胁，1605工作面东区底板标高处于+866.53区域在回采16煤时受奥陶系灰岩水威胁。为了保证工作面回采安全，对16煤底板进行注浆加固，提升隔水层厚度、改变富水性，将黄砂岩含水层改变成软弱含水层或隔水层。

2. 钻探工程布置

钻孔按照注浆扩散半径25cm布置，针对物探中发现异常区、断层等区域加大钻孔布置密度。钻孔采用扇形布置方式，每个硐室布置3-5个钻孔。工作面、主要构造线方向钻孔呈大夹角布置，避免回采中工作面大断面通过钻孔。不同的钻孔方向可以发现黄沙岩中更多裂隙。对于水量在50m³/h以上的钻孔，注浆后扫孔到孔底部位继续延伸10-15m，如果出水量依然没有达到50m³/h以内，则应在孔周围增设检查孔，检查孔水量不得超过10m³/h。根据已经竣工钻孔情况以及注浆需求，调整后续的钻孔参数和部位，结合现场实际情况增减钻孔量。从而保障1605工作面注浆加固效果，保证工作面回采安全性[1]。

3. 矿井煤层底板承压水注浆工艺

3.1注浆系统

在井下设置临时注浆站制作砂浆，连接注浆管并深入到注浆孔进行注浆作业。在不影响钻孔的适当部位设置注浆站，同时考虑注浆便捷性、设备紧凑性、供水、骨料存放等因素，在不影响正常作业的区域统一堆放骨料。本注浆工程选用了2台ZB1-100型泥浆泵（1台注浆、1台备用），注浆量范围在55-100L/min，共有5档调节注浆压力大小，需要时注水玻璃。

3.2注浆材料

砂浆使用了P.O42.5普通硅酸盐水泥为主料，结合试验中的注浆量、漏浆量选择相应配比的骨料和辅助料。砂浆水灰比为0.5:1-1.5:1，比重在1.35-1.86之间。也可以采用水泥-水玻璃双浆液，以水泥、水玻璃为主料，按照标准配比（水玻璃与水泥浆的体积比采用1:1-0.32:1）后通过双浆液注入，从而保障良好的注浆效果。特别是在动水注浆、加固破碎带中双浆液有良好的表现，可以让岩层中的浆液在指定部位或指定时间凝结，不易受到水流影响。

3.3注浆压力

根据矿井奥灰水文观测孔实测奥灰水位+1030m计算，工作面底板奥灰最高水压1.4MPa。结合勘探中获取的工作面水文地质条件和数据以及奥灰水位标高，本工程注浆加固终孔压力与水压比为2.5:1，单浆液注浆压力为4.0MPa。注浆终压的注浆量如果不足40L/min时，单浆液保持恒定注浆压力4.0MPa，持续注浆30min以上。钻孔耗水量应控制在35L/min以内。采用前进式注浆法，将注浆管深入到孔底（与孔底保持一定距离），按照顺序由下到上注浆加固[2]。本次注浆以单砂浆为主，水泥比重控制在1.35-1.80之间，开启注浆泵后严控注浆压力，避免注浆压力过大对底板造成剧烈冲击而受损。在单浆液不起压或注浆效果不好时，则可以在单浆液配比时提升骨料比重，也可以直接采用双浆液直接注浆。

3.4注浆技术要求

钻孔施工中如果水量超过了50m³/h，则根据实际情况选择注浆工艺。同时，根据钻孔水量、裂隙发育程度合理配置砂浆。钻孔注浆初期阶段，应选用1.15-1.25范围比重的砂浆，如果孔口压力达到净水压力1.5倍时，应选用1.4-1.5比重的砂浆终孔注浆，随着注浆持续进行并达到终孔压力后，继续维持注浆压力30min，完成注浆后进行保养，48h后对钻孔终孔情况展开验收，要求钻孔无水流情况代表验收合格。砂浆制作应严格按照试验配比标准进行，注浆时应结合钻孔水量多少、注浆量多少适当调整砂浆配比，并做好相关记录。

3.5注浆注意事项

为了保障施工人员安全，制备砂浆人员应佩戴防尘口罩、防护手套、护目镜等装备，避免水泥、灰尘、煤尘等进入口鼻眼，并严格按照设计标准配置砂浆，水泥、骨料、辅助料添加误差应在允许范围内，制备砂浆完成后检查砂浆质量是否达标，并填写砂浆制备记录。注浆前对注浆设备及其管路进行最后一次复检，包括管路连接情况、是否缺螺丝、孔口卸压功能是否有可靠、压力表是否灵敏等，尽可能在事前解决存在的问题。注浆过程中，其整个注浆流程浓度应为前期稀、中期浓、后期稀，整个骨料添加流程应为前期细、中期粗、后期细[3]。

注浆过程中，注浆孔附近严禁非注浆工作人员靠近，通常只留有一人在指定位置观察压力表变化是否存在异常即可，为了保护注浆操作人员安全，不得停留在泄压阀、注浆“三通”正对面，否则一旦砂浆喷出会造成伤害。如果注浆中发现问题，如管路堵塞等，要第一时间停泵卸压，并将水泵缸室、管路清理干净。注浆时应实时观察工作面、巷道的情况，不得出现串浆、跑浆等情况，一旦发生此类情况应记录信息，并根据实际情况调整注浆参数。如果需要压力换挡或封孔应他以前联系好技术人员，之后采取相应的措施。

结束语

综上所述，针对矿井煤层底板承压水泄露的问题，为了保障煤矿开采安全，本工程通过前期勘察掌握矿井及其工作面的水文地质情况，结合1605工作面的底板奥陶系灰岩水特性，决定采用钻孔注浆加固方案用于防治水害。实施结果表明，本次钻孔注浆方案在工程实践中取得了较为理想的效果，工作面底板钻孔承压值降到了0，实现了工作面的安全回采。

参考文献

[1] 董跃清.天安煤矿50601工作面煤层底板注浆加固技术分析与应用[J].煤炭与化工, 2023(3):59-61.

[2] 钟凯,雷薪雍,王涛.矿井煤层底板承压水防治措施与应用研究[J].中州煤炭, 2022(2):44.

[3] 张杰.鹤煤矿区二_1煤层底板承压含水层赋存特征及防治技术[J].河南科技, 2020(5):200-201.

作者简介：

厍瑞，19870629，男，汉族，内蒙古自治区包头市，专科，工程师，方向：水文地质、防治水