２０１１年第１１期 中州煤炭 总第１９１期 工作面底板注浆加固技术 杜四平，张文广 （河南煤业化工集团焦煤公司冯营工业有限责任公司，河南焦作４５４１７３） 摘要：底板注浆加固技术是一种改善底板结构、提高底板完整性和抗压能力的防治水措施。焦煤集团冯营矿 根据２４１０１工作面的工程概况，现场进行直流电法物探并依据数据判断２４１０１工作面切眼以外０—１０６ ｍ为 低阻区。为了降低安全隐患，对２４１０１工作面切眼以外０—１０６ ｍ低阻区进行了分析，提出了采用底板注浆 加固措施对异常区域加以控制和防范。底板钻孔注浆加固后二次物探证明，２４１０１工作面切眼以外０—１０６ ｍ的低阻区变成高阻区，底板形成一个整体，为２４１０１工作面安全回采创造了有利的条件。 关键词：物探；低阻区；底板注浆加固 中图分类号：ＴＤ７４５．２１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３—０５０６（２０１１）１１—００７９—０２ １ 工程概况 证该工作面回采时不发生底板突水事故。 ２４１０１工作面位于冯营矿二水平２４采区下部， 上部为２４０８工作面采空区，下部为２４１２１未采区， 西接近原山后一断层，东到２４轨道下山。工作面走 向长８００ ｍ，倾向宽１００ ｍ，标高一２４３．６一一２８１．８ ｍ。二 煤层平均厚５．５ ｍ，煤层倾角平均１０。，属缓 倾斜煤层。直接顶板为灰黑色粉砂岩，平均厚６ ｍ， 致密，钙泥质胶结，层理明显；基本顶为深灰色中细 粒砂岩，平均厚１２ ｍ。直接底板为黑色粉砂岩，平 均厚６．５ ｍ；基本底为深灰色薄层状中细粒石英砂 岩，平均厚７．５ ｍ。 ２４１０１工作面物探资料显示，２４１０１工作面切眼 向外０～１０６ ｍ段，１７８～２２５ ｍ和３９８～４２２ ｍ段， 图１ ２４１０１工作面里段底板注浆改造设计平面示意 低阻区顶界面距巷道底板最近距离分别为４，４，２３ ｍ。其中０—１０６ ｍ段低阻区往深部延伸，极易发生 ３注浆方案 底板突水。因此对底板进行注浆加固，保证工作面 底板的完整性、抗压性是工作面安全、高产的关键。 （１）注浆参数的确定。注浆参数是根据２４１０１ 工作面煤层底板Ｌ 灰岩水压确定的，注浆材料用 ２底板注浆加固机理 Ｐ．０４２．５Ｒ普通硅酸盐水泥。①二．煤底板到Ｌ。灰 岩底板段。水灰比分别为１．１：１，１：１，０．８：１；终压 底板注浆加固技术是一种改善底板结构、提高 底板完整性和抗压能力、降低安全隐患、实现工作面 为２～４ ＭＰａ。②Ｌ。灰岩底板到ｋ灰岩底板段。水 安全高产的有效办法。根据设计钻孔的参数（图１， 灰比分别为１．２：１，１：１，０．９：１；终压为５～６ ＭＰａ。 注入水泥浆液时按照先稀后稠的注浆原则，达到终 表１），先钻孔后注浆，利用浆液充填Ｌ 灰岩以及ＬＲ 灰岩以下２０ ｍ范围内的裂隙，使单孔扩散半径２５ 压后方可停止注浆工作。 ｍ范围内形成一整体，从而提高底板整体抗压性，保 （２）注浆孔布置。２４１０１工作面切眼０～１０６ Ｉｎ 所需加固的地点，共设计４个钻场１２个钻孔。要求 收稿日期：２０１１—０６—２１ 所有钻孔必须打穿Ｌ 灰岩后再下打２０ ｉｎ，依据设 作者简介：杜四平（１９７２一），男，河南焦作人，技术员，２００８年毕业 计钻孔的方向、倾角、终孔孔深、注浆扩散半径，将所 于河南理工大学高等职业学院，现从事煤矿技术工作。 要加固的富含水的地方固结成为一个整体。 ・７９・ ２０１ １年第１１期 ７ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ｍ儿 中州煤炭 ＂∞ ３ ３ ０ 总第１９１期 （３）机具设备。①注浆设备：ＪＢ．３００Ｌ型搅拌 ２ ７ Ｏ ６ １ ３ ９ ６ 弘 ＝２ ＂ ２０ ｍｍ高压塑胶管。②打眼设备：ＺＤＹ３２００Ｓ型 Ｏ 机，ＢＷ．２５０／７泥浆泵１台，矿用注浆泵，注浆管采用 ８ ３ ９ １ ９ ２ ７ ７ ２ ９ ５ ５ ９ ６ ６ Ｏ ８ ４ Ｏ ８ ７ ５ ８ ２ ０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ５ Ｏ Ｏ ０ ３ 钻机２台，全液压钻机。 ｌ 表１ ２４１０１工作面底板注浆改造钻孔设计参数及实际情况汇总 孔深／ｍ 孔 号 角度 设计 ｏ Ｏ ｏ Ｏ ０ ｏ 出水情况 ｋ位 置／ｍ ｃ Ｏ ｃ 注浆情况 水压／ 水泥／ｔ压力／ＭＰａ ＭＰａ设计 实际 角／（。）见水深度／ｍ ９ ５ ５ ２ ｏ （水３ｍ．量／ｈ） ０ ５ ２ Ｏ ４ ９ ｌ １ ５ １ ３ ２ ５ １ １．３ １．１ ４ ６ ４●５ ２ １＾９强３ ０．９ １．５ ０．８ ０．９ ０．９ ０．９ ０ ４ ５ 一一 一 ８ ｌ ５ ６ ０ ∞ ２ Ｏ．５ （４）钻孔技术要求。①所有设计钻孔均应打穿 Ｌ 灰岩后再下打２０ ｍ。要求依据设计的倾角，从开 口至打穿Ｌ。灰岩下５ ｍ下二级套管（（２ｊ１０８ ｍｍ）并 试压合格。最后钻进到Ｌ 灰岩开始注浆，然后继续 ｍｉｎ注浆，在注浆池内仍要不停地搅拌。 （４）封孑Ｌ。先将套管卡死，安装高压闸阀和防 口至打穿煤３ ｍ下一级套管（（２ｊ１２７ ｍｍ），然后从开 用注浆泵向孔内压稠浆，直至压力不小于６ 加 Ｏ Ｏ ０ ６ ６ ３ ６ 喷装置，６ ＭＰａ且管四周充满浆液为止，稳压时间不少于３０ ｍｉｎ。 向下钻进，边打边注浆到终孔位置。②钻孔孔口管 必须进行耐压试验，试验压力不小于６ ＭＰａ，持续耐 （５）清洗。每班结束注浆或暂停时间超过ｌ５ ｍｉｎ，期间需要冲洗注浆泵和管路，直到管路末端流 压时间不少于３０ ｍｉｎ，不合格必须重新封孔，重新试 压，直到合格为止。合格后在三级套管上安装耐高 ｎ ¨ 压截门，高压截门的最大抗压能力要与注浆终压相 出清水为止。 Ｏ ５ ３ ０ ５ ０ ４ ５ ４ ３ ２ ２ ５ 实施效果 ６ 匹配，即不低于１０ ＭＰａ。③先施工第１序次钻孔， ６ ６ ６ ６ ６ ６ ６ ６ ６ 打１个孔注１个孔；再施工第２序次钻孔，打１个孑Ｌ 注１个孔。严防注浆时钻孔串浆影响注浆效果。④ 钻探检查：检查孔１个，同时也可用第２序次钻孔检 ０ ０ Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ Ｏ ０ Ｏ 在煤层底板至Ｌ 灰岩及Ｌ 灰岩下２０ ｍ范围 用Ｐ．０４２．５Ｒ高标号水泥进行钻孔注浆加固，使煤 层底板裂隙得到充填，同时使钻孔扩散半径２５ ｍ范 围内形成一整体，从而提高底板整体抗压性，保证该 工作面回采时不发生底板突水事故。 （１）通过物探，Ｌ 灰岩含水层虽然局部富水性 较强，但仅在切眼附近１号、３号孔出水量较大，其 余钻孔出水量不大。首先施工的３号注浆孔水量虽 查第１序次钻孔，检查水量应不大于２０ ｍ ／ｈ。若 大于２０ ｍ ／ｈ，则继续打孑Ｌ注浆，直至小于２０ ｍ ／ｈ。 ⑤每孔注浆前观察其水量和水压，并进行单孔放水， 放水时间不少于３０ ｍｉｎ，以孔内无岩粉、水变清为 宜，接上注浆管路后向孑Ｌ内压水，扩张裂隙，确定钻 孔的吸收水量，以便调整注浆参数，提高注浆效果。 然为４５ ｍ ／ｈ，但注浆量高达４４３ ｔ，连续注浆时间长 达２０ ｄ。 ４注浆工艺 （１）钻孔。按设计要求布置打设注浆孔。 （２）试泵。在打注浆孔的同时，用清水试注浆 泵及注浆管路、搅拌机，确保注浆系统良好运行。 （３）制浆。严格按水灰比供水上料，先加水后 再加Ｐ．０４２．５Ｒ高标号水泥，搅拌均匀，搅拌３～５ ・（２）施工的切眼以外１号注浆孑Ｌ灰岩岩心破 碎，水量高达１２０ ｍ ／ｈ，注浆量也达１３０ ｔ。７号注 浆孔虽然灰岩岩心破碎，出水量仅为６ ｍ ／ｈ，注浆 量也仅４ ｔ。 （３）在３号注浆孔附近补打了１２号检验孑Ｌ，水 量仅为６ ｍ。／ｈ，注浆量仅２ ｔ。 （下转第８２页） ８０・ ２０１１年第１１期 中州煤炭 总第１９１期 记录以利于日后校核和断线恢复。利用小绞车加配 中心距；②方钢管罐道梁罐道连接板中心至测量准 线距离；③准线至方钢罐道、方钢罐道侧面的距离； 重放准线到井底，逐根穿过卡线板并与线坠固定牢， 井上人员再逐根将准线收紧，使线坠处于自由状态。 ３．３ 井筒装备标高与层间距控制 在适当位置选定投尺点（距井壁２００ １ＴＩ１ＴＩ左右） 在封口盘上割出圆孔，并固定尺架，根据高程控制点 ④方钢罐道面间距离；⑤准线至交通罐道正面中心 横向、纵向的距离；⑥井壁上标记标高点为方钢罐道 梁托架上平面标高，交通罐道梁托架上平面标高计 算在其上＋２０ ｍｍ处。电缆支架安装位置较狭窄， 根据现场确定标高位置，并保证层间距一致。 （２）施工过程中，应防止外力碰及准线。若测 按四等水准要求测出投尺点高程，独立进行２次，互 差小于２０√ ｍｍ（ 为往返测量线路长度，公里 数）。 量准线摆幅过大，会影响装备设施安装质量，应待测 量准线摆幅较小时进行测量。施工中可在中间段每 间隔１００ ｍ对基准线进行一次全面校正。校正后， 采用专用卡子进行稳固。 将钢尺盘固定在井口，匀速下放至井底后，根据 井上下温度计算出钢尺配重，与马头门处水准点联 测，高程之差不应大于井深的１／８ ０００，即６０ ｌ￣ｌｆｌ。 此次根据设计梁面高程，贴上盘号标签，由于井筒内 尺段长已知，故钢尺尺长改正（＋１０７ ｍｍ）及钢尺自 重改正（＋９５ ｍｍ）可以预知，在贴标签时已扣除，根 ５ 结语 （１）采用此方法施工，明显改善了施工的测量 据现场的环境温度计算出钢尺的温度改正，再调节 钢尺配重，使△ ＋ＡＬ ＝０，即温度为自变量，拉力 为温度改正的函数： Ｌ×（ｔ—ｔ０）×ＯＬ＋￡（Ｐ—Ｐｏ）／Ｅ／Ｆ＝０ 和校验精度，各部分尺寸更易保证。 （２）多处使用同一准线时互不影响，加快了施 工速度。 （３）基准线稳，测量容易，提高了施工质量；井 壁自上而下一个尺子排列层间距，无累计误差。 （４）重锤线坠不随工作盘升降，环节减少了，安 其中，Ｌ＝６７５ ｋｍ；ｔ０＝２０℃，Ｐ０＝１０ ｋｇ；Ｅ＝２× １０ ｋｇ／ｍ：Ｆ＝０．０２６ ｅｍ 经整理后，Ｐ＝２２—０．６ｔ。 全得到了进一步保障。 （５）总体效果改善比较明显。从井口到井底， 在钢尺上事先贴好各盘梁面标高标记，从下至 上，在井壁上用特种笔逐盘划出罐道梁梁面标高线 “ ”，标高误差不超过２０ ｍｍ，井筒气流对准线的干扰几 乎为０，各部安装误差更易保证，《煤矿安装工程质 并写出盘号。要求划线时，必须有２人进行， 检查标签是否滑动，１人划线，１人检查。划线误差 量检验评定标准》（ＭＴ５０１０－－９５）更易实现。 （６）此施工方法不宜使用在未贯通井筒装备安 装施工建设工程。 不大于２ ｍｍ。为保证划线精度，全井筒水准基点必 须一次连续完成。 （责任编辑：梁郁鑫） ４施工注意事项 （１）要注意关键尺寸：①准线至方钢管罐道梁 （上接第８０页） （２）底板钻孔注浆加固后，地测处进行了二次 注浆孔和检验孔的施工情况以及直流电法物探 物探，探测数据证明２４１０１工作面切眼以外０～１０６ ｍ、１７８—２２５ ｍ和３９８～４２２ ｍ段的低阻区变成高阻 对比资料表明，此次注浆改造效果明显，２４１０１工作 面能够实现安全生产。 区，底板得到了有效的控制，形成了一整体。表明此 次注浆改造效果良好，工作面能够实现安全生产。 （３）２４１０１工作面最大出水量为１２０ ｍ ／ｈ，通过 底板注浆加固后，现涌水量为３０ ｍ ／ｈ，每年可节约 排水费用ｌ０万元以上，为２４１０１工作面的安全回采 起到了保驾护航的作用。 （责任编辑：秦爱新） ６ 结语 （１）底板钻孔注浆加固技术，是一种积极主动 的底板控制方式，可增加底板的抗压强度，提高底板 的完整性，减小底板突水的危险性。 ・８２・