底板含水层注浆改造技术浆改造技术

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煤层底板含水层注浆改造技术在焦作矿区的应用三

煤层底板含水层注浆改造技术在焦作矿区的应用三5煤层底板注浆改造技术在焦作矿区应用的效果5．1九里山矿14041等工作面九里山矿西翼采区水文地质条件极为复杂，一四采区首采面14021在开采中曾发生两次突水，水量分别为840m3／h和360m3／h，造成工作面停产。

通过实施该技术，不仅没有发生突水而且由于浆液大范围扩散充填了水源补给通道，封堵了14021工作面老突水点水量360m3／h，一二采区涌水量也减少600m3／h，仅此一项每年就可节约排水费用320万元，取得了显著的经济效益，又相对增强了井底泵房的抗灾能力，对矿井安全生产起到了重要作用。

继14041工作面进行了煤层底板含水层注浆改造实现了开采不突水后，为了推进高产高效矿井的建设，2001年集团公司决定在14061工作面进行首个综采试验。

通过应用该技术保证了第一个综采工作面的顺利回采，并安全采出煤炭53万t。

而14051综采工作面实施了煤层底板含水层注浆改造，也安全采出煤炭38万t，该矿2003年矿井产量首次达产，突破100万t。

5，2演马庄矿25081工作面演马庄矿25081工作面下风道位于一条H＝5m的断层附近，通过物探手段探测显示为低阻带，极有底板突水可能。

因此对25081工作面也实施了该技术，重点对下风道和断层之间的破碎带进行加固。

回采期间也未发生大的突水，安全采出煤炭20万t。

该技术在九里山矿和演马庄矿成功应用后，又相继在朱村矿、韩王矿和古汉山矿等三对矿井进行了推广应用；截至目前已安全采出煤炭240余万t，不仅避免了大的突水事故的发生，并且实现了综采，为集团公司高产高效矿井的建设打下了良好的基础。

与此同时，九里山矿等五对矿井利用底板含水层注浆改造系统封堵了井下多处突水点，减少矿井涌水量3000m3／h，年节约排水费用l275万元，取得了显著的经济效益和社会效益，对大水矿区的水害治理具有重要的技术指导作用。

6结论通过煤层底板含水层改造技术在焦作矿区的成功应用，我们认为该技术是解决底板突水威胁的有效途径之一，能够消除重大突水隐患，实现矿井安全生产；有利于提高煤炭资源回收率；缓解矿井水平接替紧张局面；增加产量，降低成本；为集团公司高产高效矿井的建设创造良好条件，具有明显的经济效益和社会效益，可在河南省及华北地区大水矿区推广应用。

松软底板煤层突水注浆改造技术研究

８ｍ。五灰和奥灰是威胁煤层安全开采的主要含水

序次施工查１０孔，单孔水量２ｍ。／ｈ，注水泥１．３ｔ，干
层，五灰含水层上距１０２煤层底板约２１ｍ，下距奥
灰约１２．０８ｍ，在井田．１００ｍ以上水平，溶洞裂隙发育较强，含水丰富。由于矿井内断裂构造的存在
灰水力联系极为密切。随着开采深度的增加，注浆压力与开采深度之间的矛盾开始呈现出来［６］。开采
板煤层突水注
浆
深度越大，煤层受水压越大，为保证注浆效果，相对
量２～３ｍ／ｈ，总水量８ｍ／ｈ，平均水量２．７ｍ／ｈ。第一
量１．６ｍ３／ｈ，注水泥３．７１ｔ，干料与水量比为１．２：１。
０．９ｍ，均无导水迹象。ＩＩＩ块段位于ＹＦＮ。９、ＹＦＮ
一
ｌ０断层之间，具备自然泄水条件，面内共揭露４条
Ⅳ块段共注水泥６．５１ｔ，干料与水量比为１．９：１。
一
水量比为１．５：１。ＩＩＩ块段施工查７、查８ ’ 、查９孔，单孔水量０．１～１０ｍ／ｈ，总水量１４．１ｍ３／ｈ，平均水量４．７ｍ３／ｈ，注水泥
５．４ｔ，粘土１４．Ｉｔ，干料与水量比为１．４：１。 Ⅳ块段分二个序次施工４个五灰钻孔，单孔水量０．１￣３ｍ３／ｈ，总水量３．３ｍ３／ｈ，平均水量０．８３ｍ３／ｈ。

矿井注浆堵水技术

矿井注浆堵水技术当涌水量很大，仅仅靠排水已不可能或有经济时，注浆堵截水源通道，然后再进行排水。

注浆堵水是将水泥将或化学浆通过管道压入井下岩层空隙、裂隙或巷道中，使其扩散、凝固和硬化，从而岩层具有较高的强度、密实性和不透水性，达到封堵截断补给水源和加固地层的作用，是矿井防治水害的重要手段之一。

目前，注浆堵水已广泛用于矿井井筒注浆，封堵突水点，恢复被淹矿井，井巷堵水过含水层或导水断层，帷幕注浆堵水截流，减少矿井涌水量、底板注浆加固防止突水等方面已取得良好的效果。

一、注浆堵水的适用条件(1)当老窑或被淹井巷的积水与强大水源有密切联系时，可先注浆堵截水源，然后排干积水。

如山东肥城国庄矿、河南焦作演马庄矿等，都是先堵截水源而后排干积水恢复生产的。

(2)当井巷工程必须穿过一个或几个强含水层或充水断层，如不堵截水源，将给矿井生产和建设带来很大困难和危害，甚至无法施工，我国许多矿井穿过强含水层时，都是利用这一方法。

(3)当井筒或工作面发生严重淋水，为了加固井壁、改善劳动条件、减少排水费用，可以采取注浆措施。

如鹤壁鹿楼主、副井，新汶协庄主、副井，采取挂浆措施后，取得了良好的效果。

(4)某些涌水量特大的矿井，为了减少矿井涌水量，降低常年排水费用，亦可采用注浆堵截水源。

如焦作九里山矿，北部隐伏露头区冲积层水补给八层石灰岩含水层涌人矿井，采取注浆措施后，矿井涌水量减少56 m3／'rain，lO年共节省排水电费近亿元，取得了显著的经济效益，使一个严重亏损的矿井得以扭亏为盈。

二、注浆工作程序(一)注浆材料注浆材料的选择应根据堵水的目的、地质条件、施工条件、注浆工艺和投资多少等因素决定。

从水文地质条件考虑，选择材料可参考表4—2。

在一般情况下，凡是水泥浆能解决问题的尽量不采用化学浆，化学浆主要用于弥补水泥浆的不足，解决一些水泥浆难以解决的问题。

当地下水流速为25 m／h时，采用单液水泥浆；当大干25 m／h时，采用水泥一水玻璃双液浆；用于底板岩溶、断层破碎带和动水注浆堵水及处理井下突水事故时，目前多采用先灌注惰性材料(如砂、炉渣、砾石、锯末等)充填过水通道、缩小过水断面、增加浆液流动阻力、减少跑浆，然后灌注快凝水泥一水玻璃浆液，再用强度较高的化学浆进一步封堵。

底板注浆改造防治水技术应用

６８ｍ。
２１２注浆孔终孔间距．．
考虑到各注浆孔浆液扩散的相互影响，近临的３个注浆孔采用三角形布置将达到更好的效果以消除 “ 区 ” 半径一般应不大于３ｍ，据盲，５根
灰岩，去煤层厚度，到３除达５—３ｍ，级套管有８二效长度不小于３ｍ，果Ｌ灰岩有水，壁问注５如，先
５７
新义煤矿１Ｉ作面临界突水系数取０１工１
与煤层底板的垂直距离应不小于６ｍ。０
根据瞬变电磁探测结果，义煤矿１０１工新１１作面存在多个富水异常区，虑到新义矿为新建考矿井，有前期注浆改造经验，此，用一孔多没因采
一
新义井田位于新安煤田倾伏向斜北翼的深
般经验以及安全方面考虑，计注浆孑终孑间设ＬＬ
部，区外浅部毗邻新安煤矿，部毗邻义安煤矿，东
井田面积约４２．ｍ矿井设计生产能力７ｋ。
（义煤集团新义煤业河南新安４１ｏ７８ｏ）
摘要：绍了义煤集团新义煤业在１０１工作面采用煤层底板注浆改造防治水技术的应用及介ｌｌ
注浆效果。
关键字：水底板治

浅谈煤层底板多层含水层注浆改造工艺

浅谈煤层底板多层含水层注浆改造工艺承压开采矿井对煤层底板进行注浆改造，目前在国内已经是一项比较成熟的技术。

但国内大多数地区进行底板注浆改造的含水层一般距离开采煤层底板较远，即使有多层含水层，含水层间间距也比较大，含水层间无水力联系或联系很弱。

因此，只需要加固紧接底板的一层含水层即可。

龙门煤矿煤层底板则具有多层含水层，而如何成功对多个含水层进行底板注浆改造，是龙门矿必须解决的技术难题。

否则，极易造成注浆事故，导致注浆失败或影响底板改造效果，从而造成突水威胁。

1、龙门煤矿矿井水文地质条件概况1.1龙门煤矿矿井地质条件概况龙门矿位于华北聚煤盆地南部的嵩箕构造区内，属嵩山背斜的北翼。

矿区基本构造形态为一缓倾斜的单斜构造，煤系地层受东西向构造控制，地层走向68°～85°，倾向338°～355°，倾角14°～22°，一般20°左右。

区内构造以断裂为主，宽缓的起伏次之。

矿井水文地质类型为复杂型。

1.2龙门煤矿矿井内主要含水层龙门煤矿煤层底板共有三层含水层，从下至上依次为：1.2.1寒武系上统崮山组碳酸盐岩岩溶裂隙含水层，为二1煤层的间接充水含水层，上距二1煤底24.61～71.27m，一般间距约45m。

1.2.2石炭系上统太原组下段石灰岩岩溶裂隙含水层（L1～L4石灰岩），为二1煤层底板间接充水含水层，上距二1煤层一般40m 。

1.2.3石炭系上统太原组上段石灰岩岩溶裂隙含水层（L7～L8石灰岩），为二1煤层底板直接充水含水层，上距二1煤层2.9～19.36m。

2、多含水层分层注浆工艺的研究2.1了解综合水文开采条件，研究可行方案由于龙门煤矿地质条件复杂，所以含水层间可能存在变薄带、构造破碎带、导水裂隙带，致使含水层之间水力联系密切，宏观上实为一个含水体。

若采用疏水降压实现安全开采，则疏排水费用太高，浪费地下水资源且经济上不合理，经长期生产实践，我矿采取积极预防为主的带压开采，主要着眼于对隔水层、水压、水量、构造等综合水文开采条件的认识，通过对各个含水层注浆，改造其富水性，加固底板，封堵水源补给通道，提高其阻水能力，形成一定厚度的有效隔水层，从而防止采中、采后突水，实现安全回采。

煤层底板注浆加固与改造含水层技术管理规定

煤层底板注浆加固与改造含水层技术管理规定第一章总则第一条恒源煤电企业刘桥一矿、恒源煤矿、五沟煤矿等主采山西组煤层, 底板均存在太原组石灰岩岩溶裂隙水突水威胁。

为了认真贯彻“安全第一、防止为主”旳方针, 防止重大水害事故发生, 根据《煤矿防治水规定》旳规定, 特制定《煤层底板注浆加固与改造含水层技术管理规定》。

第二条煤层底板注浆加固与改造含水层旳目旳和任务是注浆封堵工作面断层、裂隙、陷落柱等导水构造, 增长工作面底板有效隔水层厚度, 减少工作面突水系数, 保障工作面安全回采；工作面通过采用煤层底板注浆加固与改造含水层后, 回采期间灰岩最大涌水量应不超过40m3/h。

第三条本规定合用于工作面存在导水构造、底板微弱带、底板可以承受旳水头压力不不小于实际水头压力等水害威胁旳工作面。

第四条工作面底板注浆加固与改造含水层工程应编制设计上报企业, 经企业总工程师同意, 施工单位编制安全技术措施组织实行。

第五条工程结束经现场验收后, 编制工程总结及工作面采前防治水安全评价汇报, 上报企业通防地测部审查, 经企业总工程师同意后工作面方可回采。

第二章设计第六条设计应符合《煤矿防治水规定》和《恒源企业地测防治水技术管理规定》规定。

设计内容应包括水文地质条件分析、物探设计、钻场设计、钻探设计、注浆设计、设备选型设计、排水设计、供电设计、通讯设计等。

第七条水文地质条件分析包括: 工作面概述、地质构造、水文地质（顶底板含隔水层、水量、水压、导水通道等）、周围区段、底隔厚度、突水系数、疏水降压、水害威胁程度等状况分析。

第八条物探设计包括探测目旳任务、物探措施选择、工程设计布置方案等。

物探措施选择上要指出措施选择旳根据以及重点探测对象。

针对煤层底板赋水性探测可采用矿井瞬变电磁法、音频电透视法、网络并行电法、无线电波透视、瑞利波、地震波等, 要用两种措施进行互相验证。

第九条钻场设计原则上在工作面两巷内设计钻场, 并布置在面内煤帮侧。

底板注浆改造

煤层底板注浆改造施工工艺朱由军1高明清2王乃国2（1.山东煤矿安全监察局泰安办事处，山东泰安 271000；2.新汶矿业集团公司华丰煤矿，山东宁阳 271413）摘要：根据华北型煤田部分矿区奥陶系石灰岩含水层富水性强的特点，利用煤层底板注浆改造方式，可解放受水威胁煤层。

本文简要介绍了煤层底板注浆改造的施工工艺。

关键词：煤层；注浆；工艺华北石炭二叠系煤田，煤系基底为巨厚的奥陶系石灰岩含水层，煤层开采时，底板岩溶水往往以数倍以至数十倍于矿井排水能力的水量涌入矿井，严重危及着矿井安全生产及工人生命安全。

奥陶系灰岩一般富水性强且水头压力高，华北型煤田的大部分矿区赋存着较稳定的本溪群徐家庄薄层灰岩含水层。

部分矿区奥灰与徐灰的间距小（如肥城矿区10－16ｍ，井陉矿区15ｍ左右），或存在变薄带、构造破碎带、导水裂隙带，致使二者之间水力联系密切，宏观上实为一个含水体。

国外防治水均系大规模大排量疏降方法，主要着眼于水量与水位关系的认识和改造，这与他们的雄厚经济实力和能源条件分不开。

若采用疏水降压实现安全开采，则疏排水费用太高、浪费地下水资源且经济上不合理，经长期生产实践，采取的是积极预防为主的带压开采，主要着眼于对隔水层、水压、水量、构造等综合水文开采条件的认识，可通过对奥灰之上的薄层灰岩（如徐家庄灰岩）含水层注浆改造，改造其富水性，加固底板，封堵水源补给通道，截断水流，提高其阻水能力，形成一定厚度的有效隔水层，从而防止采中、采后突水，实现安全采煤。

如井陉矿区对三矿4733、3740、27215，一矿9606、4720、4761等工作面进行了注浆加固，共安全采出煤量42.3万吨；肥城矿业集团公司每年通过注浆改造安全采出受水威胁煤炭260多万吨，占总采出量的40%。

1 注浆施工工艺流程采用地面注浆站，通过注浆管路和井下工作面注浆孔对薄层灰岩预注浆，充分利用薄层灰岩的坚固性和岩溶裂隙的可注性，使浆液在注浆压力的作用下沿着岩层裂隙扩散、沉淀、结石，最后充填岩层裂隙，把薄层灰岩中的水置换出去，使薄层灰岩不含水或弱含水，从而形成完整的注浆系统工艺流程。

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底板含水层注浆改造技术
一、适用条件
在承压区含水层的富水区，强径流带或底板不完整的工作面，采用疏水降压和帷幕注浆难度大、经济不合理时，可通过薄层灰岩含水层注浆改造。

煤层底板注浆改造含水层，是沿工作面上下平巷大面积布置注浆钻孔，通过注浆钻孔注浆来充填底板灰层含水层的岩溶裂隙和导水裂隙，从而大大减弱含水层的富水性并切断水源补给通道，使受注含水层被改造为不含水或弱含水层，实现工作面不突水开采。

山东肥城和河南焦作等矿区通过多年的实践探索，总结出在下面两个条件下采作注浆改造方法可取得较好效果：
（1）煤层底板薄层灰岩含水层富水性强，单位降深疏水量大于5m3/h·m；突水系数在复杂地段超过0.06MPa/m，在正常地段超过0.1MPa/m。

（2）工作面存在构造破裂带、导水裂隙带等。

二、注浆孔的布设和施工
（一）钻孔布设的原则
有条件的先要进行物探，再根据物探资设计钻孔。

一般在采煤工作面的运输巷每隔
60m~80m施工一钻机房，在钻机房内以不同的倾角、方位分别向工作面内上、中、下各部位施工2～4个钻孔。

工作面初压和周压段构造发育段（尤其是断层交叉部位）、含水层富水段、隔水层变薄区，都要酌情加密，并尽量与裂隙发育方向垂直或斜交。

（二）钻孔结构
注浆孔的终孔孔径不小于73mm，钻孔要下二级套管，一级管直径146mm~159mm，二级管直径为89mm~108mm。

一级套管的底口距煤层面法向深度不低于5m，二级套管距煤层面法向深度不低于15m。

两级套管均需注浆、固结、耐压试验，合格的方可继续钻进。

（三）钻孔施工顺序
为使注浆钻孔能有效命中富水地段，减少钻探工程量，注浆孔要分三个序次施工，先施工第一序次钻孔，完成一个注一个，以免串浆，造成废孔。

完成第一序次后，再施工第二序次孔，全部注浆结束后，视钻孔水量和进浆情况补打第三序次的检查孔。

（四）钻孔施工技术要求
（1）为确保施工人员人安全，在水压在于1.5MPa时必须使用防喷装置和孔口钻杆卡持器。

（2）孔口管下好后必须进行耐压试验，压力达到设计注浆终孔压力，持续20min以上。

（3）孔口要安设与注浆孔压力相匹配的水门。

（4）终孔位置一般要穿过含水层，由于水大（大于200m3/h）、孔深，施工因难时可以不穿透含水层或换用小径钻进，但进入含水层的垂直厚度不得小于含水层的1/2。

（5）认真做好现场不班记录，准确记录初始涌水量和最大涌水量、岩层层位、换层深度、进入含水层前有无“导高”、进入含水层后岩溶的发育程度等，便于进行资料分析。

三、注浆系统
煤层底板含水层改造注浆系统采用地面集中建站、造浆，所制得浆液通过泥浆泵、注浆管路、送料孔、井下管路、注浆钻孔进入受注含水层（见图4－16）。

（一）注浆材料
以黏土、水泥为主，可视钻孔涌水量大小，可适当增加少量水玻璃，提高注浆效果。

（1）黏土：是黏土水泥浆的主剂，通常占干料的80％左右。

实践证明，塑性指数为7～15，主要成分为高岭石的黏土配制的水泥浆，性能较好。

（2）水泥：对凝胶体起结构成型作用，通常采用425号普通硅盐水泥或矿渣硅酸盐水泥，占浆液干料的10％～30％，一般为20％左右【插图1幅】
（二）注浆设备
注浆系统中主要注浆设备有泥浆和输浆管路等。

一个注浆站一般需要两台注浆泵，一台正常运行，一台检修备用。

根据肥城和焦作矿区的经验，泥浆泵流量为100L/min~250Lmin,压力为4MPa~10MPa，可满足注浆要求。

输浆管路用60×6无缝钢管及配套的快速接头为宜。

（三）注浆方式
对含水层采用全段连续注浆方式，尽量充填实岩溶裂隙，对初始水量大于150m3/h的钻孔，可先注浆，然后再穿透含水层，相邻钻孔在含水层段间距小于50m时，不得同时穿透含水层。

（四）注浆参数
水灰比、相对密度、稠度视单孔涌水量及岩溶发育程度而定。

单液水泥浆的水灰比为0.8﹕1～2﹕1；黏土水泥浆中黏土的比重为1.12～1.18，每立方米黏土水泥浆中水泥掺入量为0.1t~0.4t，水玻璃与黏土水泥浆的体积比为0.5％～3.0％。

单孔注浆结束标准：当泵量在80L/min以下时，工作面注浆孔孔口的压力达到终孔压力，持续时间不低于20min，即可结束。

四、注浆效果检查
（一）钻探检查
检查孔的数量不少于注浆孔的20％。

检查孔水量大于30m3/h。

要继续进行注浆改造，注后再检查，直至小于30m3/h。

检查孔的布置要重点考虑褶区的轴部、断层破碎带、断层的分叉尖灭区部位、含水层的富水区、注浆质量相对较差的地段。

（二）物探检查
有条件的在注浆改造之前先进行物探，注浆改造之后再进行物探比较，从而检查注浆改造结果。

其方法有直流电透视法、电测探法，亦可两种方法相结合。

五、注浆技术措施
（1）注浆前，对注浆输送管路进行耐压试验，试验压力不低于设计终孔压力，持续时间不低于20min，试验合格方可准备注浆。

（2）每孔注浆前，要观测其水量和水压，并进行单孔放水，放水时间不小于10min，以孔内无岩粉、水变清为宜。

在连接注浆管路后，向孔内作压水试验，其目的是扩张裂隙，提高注浆效果，压入孔内的水量不得少于管路总体积的2倍，无异常变化方可注浆。

（3）注浆过程中，检验人员要严格检验标准，做到每池浆液必须化验，并做认真记录。

记录员要准确详细记录泵压、孔口压力、浆液相对密度、泵量、注入浆液体积、黏土量、水泥量等情况。

（4）注浆过程中如发现钻孔串浆、堵塞钻孔和钻孔水量明显变小时，要重新扫孔注浆。

（5）若单孔进浆量较大时，可间歇注浆，每次注浆结束后，应及时用清水冲洗管路，并对注浆设备进行检修。

六、应用示例
底板含水层注浆改造，最初在山东肥城矿务局开展试验，现已在河南焦作、河北峰峰等大水矿区依次推广使用。

十年来，肥城矿务局已在100多个工作面应用了注浆改造技术，安全采出受水威胁煤炭储量1000余万吨，取得了显著的社会效益。

下面对肥城矿务局查庄矿某工作面的应用情况简单介绍。

（一）某采煤工作面水文地质条件简况
该工作面主采石炭系太原组八层煤，平均煤厚1.95m，倾角80左右，工作面掘进过程中，曾揭露2条小断层，落差分别为0.8m和1.6m。

八层煤下距五灰含水层32m，下距奥灰含水层51m。

五灰是矿井直接充水含水层，受奥灰水间接补给。

据观测资料，五灰水位+28.3m，奥灰水位+29.6m，八层煤底板隔水层所承受的水压为 2.4MPa~2.5MPa。

经计算，五灰突水系数为0.12MPa/m，奥灰突水系数为0.07MPa/m，根据肥城矿区防治水经验，认为有突水危险，预计突水量为350m3/h，为此决定对该面实施底板加固。

（二）底板注浆工程实施情况及效果
该工作面施工30个注浆检查孔，注入黏土水泥浆3657m3,其中黏土908t水泥281t，单孔平均进浆122m3,其中黏土和水泥平均约40t。

注浆检查孔分三个序次施工。

第一序次各钻孔单孔平均涌水量为90.7m3/h，经注浆改造后，第二序次单孔平均涌水量为78.7m3/h，经第三序次注浆改造后，第三序次检查孔平均涌水量为22.5m3/h，比第二序次钻孔水量减少了56.2m3/h。

由此可见，底板注浆改造确实起到了改造含水层富水性的效果。

该面从1998年10月开采，至1999年5月开采结束，开采过程中未发生底板突水，工作面涌水量仅为5m3/h~10m3/h。

通过底板加固，实现了工作面不突水开采。