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[摘 要]底板注浆加固通过充填煤层底板岩层裂隙，可以把煤层底板含水层改造为隔水层或弱含水层，并增加底板隔水层的厚度，是一种行之有效的煤矿防治水技术。圣达煤矿21121工作面根据直流电法物探和钻探验证的情况，为降低安全生产隐患，消除工作面突水风险，对工作面底板含水层加以控制和防范，实施底板注浆改造加固措施。加固措施实施后二次物探和注浆效果检验表明，21121工作面异常低阻区变成高阻区，底板整体性加强，注浆效果显著。
[关键词]底板注浆加固；钻探；应用
中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）23-0055-02
1 地质和水文概况
1.1 顶底板岩性
1.1.1 顶板
圣达煤矿22121工作面内二1煤层伪顶为深灰色泥岩或砂质泥岩，厚度小于0.3～0.8m。直接顶板以浅灰色泥岩或砂质泥岩为主，厚度4.5m。老顶为中粒砂岩，厚度大于7.67m。
1.1.2 底板
二1煤层伪底板为灰至深灰色，遇水膨胀，直接底板为灰岩，厚度6.2m，灰色泥岩或细砂岩，含植物碎屑老底为砂质泥岩或细砂岩，厚度7.0m。
1.1.3 地质构造
工作面地质构造为单斜构造，煤层平均走向99-279°，倾向189°，倾角5°～10°。22121工作面中部发育一条小断层，断层落差3.0～3.5m，走向近东西向，倾向近南北，倾角66°。
1.2 主要含、隔水层分析
1.2.1 主要含水层
（1）二1煤层顶板砂岩含水层指二1煤层之上30m～50m，范围内的所有砂岩含水层组，岩性为中粒砂岩，发育在1～2层，相变复杂，厚度变化大，以大占砂岩和香炭砂岩为主，一般厚度5～10m。砂岩致密坚硬，分选性较好，钙质胶结，裂隙不发育，透水性和含水性一般较差，补给、径流条件差，富水性弱，为二1煤层顶板直接充水含水层。（2）二1煤层底板灰岩含水层指C3t上段L6～L9薄层石灰岩组成的含水层组，区内一般发育1～3层，其中L7灰岩发育較好，单层厚度较大，层位稳定，一般在8m左右，灰岩岩溶裂隙发育，但极不均匀；该含水层导、富水性中等，水压较高。该含水层距二1煤层间距一般5～10m，为二1煤层底板直接充水的岩溶裂隙承压含水层。
1.2.2 主要隔水层
（1）二1煤层顶板隔水层指第三系黏土质砂岩隔水层，为红色半胶结碎硝岩类，岩性主要为黏土质砂岩，区内北部和西部沉积厚度41～184m，东南部缺失，为不完整隔水层。其裂隙不发育，透水性差，隔水性能良好，为二1煤层顶板的良好隔水层。（2）二1煤层底板隔水层指自二1煤层底板至太原组灰岩的砂质泥岩、泥岩段，一般厚度5～10m。最薄仅有1.89m。开采条件下易被下部高压岩溶裂隙水冲破，往往起不到隔水作用。
2 任务和目标
（1）探测煤层底板导水构造，对工作面底板导水裂隙进行充填，使之闭合不导水；（2）改造工作面底板寒武系灰岩含水层及L7、L8灰岩含水层，增加有效隔水层厚度及煤层底板抗压强度，变含水层为隔水层；（3）切断工作面L7、L8灰岩及以下含水层与上覆煤岩层之间的水力联系，防止工作面发生底板突水。
3 设备选型
钻探设备：该工作面钻场钻机选用ZLJ-1100型全液压钻机，钻头为Φ133mm、Φ89mm的PDC复合片钻头；钻杆为直径50mm、单根长1.5m内置丝扣接头钻杆；
注浆设备：井下注浆泵选用BW350型（最大注浆压力12MPa）；
注浆管路：注浆管从注浆站到钻场采用2吋高压胶管，高压法兰盘接头；
4 工作面地板注浆改造设计
4.1 钻场、钻孔布置
钻孔布置在平面上采用放射状展布，以斜孔为主，在剖面上长短结合，使钻孔揭露的含水层段尽量长；钻孔尽量与煤层底板等高线垂直或斜交，穿过多个含水层。终孔点辐射寒武系灰岩含水层，空间上把煤层底板改造成箱形隔水单元，隔断工作面深部与外围导水构造之间的水力联系。
在22121进、回风巷同时布置2个钻场，1号钻场控制22121工作面切眼以北15-20m范围内不受底板灰岩水威胁；2号钻场控制22121工作面次生断层以北不受底板灰岩水威胁。其中，1号钻场布置钻孔8个，2号钻场布置钻孔4个，共设计布置12个，总钻进工程量1256m。工作面钻孔布置见图1，工作面钻孔设计参数见表1。
4.2 终孔间距和注浆终压的确定
（1）本区浆液扩散半径一般在20m左右，为了有效地改造煤层底板，保证注浆效果，本次底板改造工程各钻孔进入寒武系灰岩顶界面距离二1煤层底板间距确定为30m（小于浆液扩散半径的2倍），力求浆液在整个工作面或需加固改造范围内达到100%的覆盖率.（2）实践证明，水泥浆注浆压力越大，扩散的范围越广，对裂隙充填的越饱满，形成的结实体强度也就越高，但压力超过一定限度时，容易造成巷道底鼓、跑浆。注浆压力一般取出水钻孔水压（1.0MPa）的2.5-3倍，所以22121工作面底板注浆改造工程的注浆终压取2.5-3MPa。（3）单孔注浆结束标准为：泵量80L/min以下，孔口压力达到注浆终压，并持续时间为30分钟以上。但当现巷道底鼓或大量跑浆时，可采用间歇法或调整浆液比重和注浆参数进行封堵。
4.6 施工质量及要求
（1）施工顺序：先施工奇数钻孔，再施工偶数钻孔，并利用偶数钻孔验证奇数钻孔注浆效果和补充改造的作用。（2）钻孔结构：开孔直径133mm，孔口管直径108mm，二级套管直径不小于89mm。（3）下入孔口管要求：俯角大于20°以及与巷道夹角大于10°的钻孔，孔口管下入长度不小于16m；俯角小于20°或与巷道夹角小于10°的钻孔，孔口管下入长度不小于20m。（4）取芯要求：设计3排钻孔，为了保证钻孔钻进质量，要求每排钻孔中至少有一个钻孔在预计进入寒武系灰岩顶界面时取芯，如有误差及时调整其它钻孔坡度。
4.7 浆液配比
注浆材料采用标号P·042.5#水泥，浆液浓度1.1～1.2t/m3，注浆时浆液浓度为稀—稠—稀的原则；在注浆压力接近设计终压时，注浆泵由高档位依次调整到低档位，浆液浓度逐渐变稀。
5 施工工艺（图2）
6 效果分析
由注浆前后21121工作面异常区物探和钻探验证表明：工作面异常低阻区被改造为高阻区，验证钻孔只有很少出水量，且出水在3日内逐渐降为零，地板整体性和隔水性增强，改造效果良好。
7 结论
（1）采用交叉施工钻孔的方法，先施工奇数钻孔进行注浆，再施工偶数钻孔，可以利用偶数孔对奇数孔注浆效果进行检验。若偶数孔出水较大，则说明两侧钻孔注浆效果差，需要对该孔加大注浆，并延孔检验。这种方法可以在施工过程中预判注浆效果，及时采取补救措施，保证注浆成功。（2）通过钻探探测煤层底板导水构造，用浆液充填底板灰岩含水层和隔水层，切断了导水通道，并增加有效隔水层厚度及煤层底板抗压强度；切断寒武系灰岩含水层与煤层之间的水力联系，为矿井安全开采提供了保障，同时也为本矿区同类地质条件其他矿井防治水工作提供借鉴。
参考文献
[1] 史晓波，韩振先.赵固二矿11050工作面底板注浆改造和断层注浆加固技术[J]河南科技，2014（8）：38-39
[2] 郝哲，王来贵，刘斌.岩体注浆理论与应用[M]北京：北京地址出版社，2006.12
[3] 张建奎，乐志军，郭萌.底板注浆加固技术在河南汝州煤田朝川矿的应用[J].中国煤炭地质，2011，23（2）：38-41
作者简介
代卫（1983年11月—），男，河南周口人，工程硕士，2008年毕业于河南理工大学，主要从事煤矿生产技术管理工作。
[关键词]底板注浆加固；钻探；应用
中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）23-0055-02
1 地质和水文概况
1.1 顶底板岩性
1.1.1 顶板
圣达煤矿22121工作面内二1煤层伪顶为深灰色泥岩或砂质泥岩，厚度小于0.3～0.8m。直接顶板以浅灰色泥岩或砂质泥岩为主，厚度4.5m。老顶为中粒砂岩，厚度大于7.67m。
1.1.2 底板
二1煤层伪底板为灰至深灰色，遇水膨胀，直接底板为灰岩，厚度6.2m，灰色泥岩或细砂岩，含植物碎屑老底为砂质泥岩或细砂岩，厚度7.0m。
1.1.3 地质构造
工作面地质构造为单斜构造，煤层平均走向99-279°，倾向189°，倾角5°～10°。22121工作面中部发育一条小断层，断层落差3.0～3.5m，走向近东西向，倾向近南北，倾角66°。
1.2 主要含、隔水层分析
1.2.1 主要含水层
（1）二1煤层顶板砂岩含水层指二1煤层之上30m～50m，范围内的所有砂岩含水层组，岩性为中粒砂岩，发育在1～2层，相变复杂，厚度变化大，以大占砂岩和香炭砂岩为主，一般厚度5～10m。砂岩致密坚硬，分选性较好，钙质胶结，裂隙不发育，透水性和含水性一般较差，补给、径流条件差，富水性弱，为二1煤层顶板直接充水含水层。（2）二1煤层底板灰岩含水层指C3t上段L6～L9薄层石灰岩组成的含水层组，区内一般发育1～3层，其中L7灰岩发育較好，单层厚度较大，层位稳定，一般在8m左右，灰岩岩溶裂隙发育，但极不均匀；该含水层导、富水性中等，水压较高。该含水层距二1煤层间距一般5～10m，为二1煤层底板直接充水的岩溶裂隙承压含水层。
1.2.2 主要隔水层
（1）二1煤层顶板隔水层指第三系黏土质砂岩隔水层，为红色半胶结碎硝岩类，岩性主要为黏土质砂岩，区内北部和西部沉积厚度41～184m，东南部缺失，为不完整隔水层。其裂隙不发育，透水性差，隔水性能良好，为二1煤层顶板的良好隔水层。（2）二1煤层底板隔水层指自二1煤层底板至太原组灰岩的砂质泥岩、泥岩段，一般厚度5～10m。最薄仅有1.89m。开采条件下易被下部高压岩溶裂隙水冲破，往往起不到隔水作用。
2 任务和目标
（1）探测煤层底板导水构造，对工作面底板导水裂隙进行充填，使之闭合不导水；（2）改造工作面底板寒武系灰岩含水层及L7、L8灰岩含水层，增加有效隔水层厚度及煤层底板抗压强度，变含水层为隔水层；（3）切断工作面L7、L8灰岩及以下含水层与上覆煤岩层之间的水力联系，防止工作面发生底板突水。
3 设备选型
钻探设备：该工作面钻场钻机选用ZLJ-1100型全液压钻机，钻头为Φ133mm、Φ89mm的PDC复合片钻头；钻杆为直径50mm、单根长1.5m内置丝扣接头钻杆；
注浆设备：井下注浆泵选用BW350型（最大注浆压力12MPa）；
注浆管路：注浆管从注浆站到钻场采用2吋高压胶管，高压法兰盘接头；
4 工作面地板注浆改造设计
4.1 钻场、钻孔布置
钻孔布置在平面上采用放射状展布，以斜孔为主，在剖面上长短结合，使钻孔揭露的含水层段尽量长；钻孔尽量与煤层底板等高线垂直或斜交，穿过多个含水层。终孔点辐射寒武系灰岩含水层，空间上把煤层底板改造成箱形隔水单元，隔断工作面深部与外围导水构造之间的水力联系。
在22121进、回风巷同时布置2个钻场，1号钻场控制22121工作面切眼以北15-20m范围内不受底板灰岩水威胁；2号钻场控制22121工作面次生断层以北不受底板灰岩水威胁。其中，1号钻场布置钻孔8个，2号钻场布置钻孔4个，共设计布置12个，总钻进工程量1256m。工作面钻孔布置见图1，工作面钻孔设计参数见表1。
4.2 终孔间距和注浆终压的确定
（1）本区浆液扩散半径一般在20m左右，为了有效地改造煤层底板，保证注浆效果，本次底板改造工程各钻孔进入寒武系灰岩顶界面距离二1煤层底板间距确定为30m（小于浆液扩散半径的2倍），力求浆液在整个工作面或需加固改造范围内达到100%的覆盖率.（2）实践证明，水泥浆注浆压力越大，扩散的范围越广，对裂隙充填的越饱满，形成的结实体强度也就越高，但压力超过一定限度时，容易造成巷道底鼓、跑浆。注浆压力一般取出水钻孔水压（1.0MPa）的2.5-3倍，所以22121工作面底板注浆改造工程的注浆终压取2.5-3MPa。（3）单孔注浆结束标准为：泵量80L/min以下，孔口压力达到注浆终压，并持续时间为30分钟以上。但当现巷道底鼓或大量跑浆时，可采用间歇法或调整浆液比重和注浆参数进行封堵。
4.6 施工质量及要求
（1）施工顺序：先施工奇数钻孔，再施工偶数钻孔，并利用偶数钻孔验证奇数钻孔注浆效果和补充改造的作用。（2）钻孔结构：开孔直径133mm，孔口管直径108mm，二级套管直径不小于89mm。（3）下入孔口管要求：俯角大于20°以及与巷道夹角大于10°的钻孔，孔口管下入长度不小于16m；俯角小于20°或与巷道夹角小于10°的钻孔，孔口管下入长度不小于20m。（4）取芯要求：设计3排钻孔，为了保证钻孔钻进质量，要求每排钻孔中至少有一个钻孔在预计进入寒武系灰岩顶界面时取芯，如有误差及时调整其它钻孔坡度。
4.7 浆液配比
注浆材料采用标号P·042.5#水泥，浆液浓度1.1～1.2t/m3，注浆时浆液浓度为稀—稠—稀的原则；在注浆压力接近设计终压时，注浆泵由高档位依次调整到低档位，浆液浓度逐渐变稀。
5 施工工艺（图2）
6 效果分析
由注浆前后21121工作面异常区物探和钻探验证表明：工作面异常低阻区被改造为高阻区，验证钻孔只有很少出水量，且出水在3日内逐渐降为零，地板整体性和隔水性增强，改造效果良好。
7 结论
（1）采用交叉施工钻孔的方法，先施工奇数钻孔进行注浆，再施工偶数钻孔，可以利用偶数孔对奇数孔注浆效果进行检验。若偶数孔出水较大，则说明两侧钻孔注浆效果差，需要对该孔加大注浆，并延孔检验。这种方法可以在施工过程中预判注浆效果，及时采取补救措施，保证注浆成功。（2）通过钻探探测煤层底板导水构造，用浆液充填底板灰岩含水层和隔水层，切断了导水通道，并增加有效隔水层厚度及煤层底板抗压强度；切断寒武系灰岩含水层与煤层之间的水力联系，为矿井安全开采提供了保障，同时也为本矿区同类地质条件其他矿井防治水工作提供借鉴。
参考文献
[1] 史晓波，韩振先.赵固二矿11050工作面底板注浆改造和断层注浆加固技术[J]河南科技，2014（8）：38-39
[2] 郝哲，王来贵，刘斌.岩体注浆理论与应用[M]北京：北京地址出版社，2006.12
[3] 张建奎，乐志军，郭萌.底板注浆加固技术在河南汝州煤田朝川矿的应用[J].中国煤炭地质，2011，23（2）：38-41
作者简介
代卫（1983年11月—），男，河南周口人，工程硕士，2008年毕业于河南理工大学，主要从事煤矿生产技术管理工作。