水灾防治(第11章)

1、第十一章第十一章煤层底板注浆加固技术煤层底板注浆加固技术第一节第一节 概述概述v 华北及华东地区二叠纪下统山西组的二华北及华东地区二叠纪下统山西组的二1煤普煤普遍发育，煤层赋存稳定，厚度大，储量丰富，遍发育，煤层赋存稳定，厚度大，储量丰富，煤质好，经济价值高，开采条件好，是许多矿煤质好，经济价值高，开采条件好，是许多矿区的主要开采煤层之一。区的主要开采煤层之一。二二1煤下部地层有几个含水性很强的灰岩岩溶含水层：煤下部地层有几个含水性很强的灰岩岩溶含水层：太原组薄层灰岩含水层太原组薄层灰岩含水层奥陶系灰岩含水层奥陶系灰岩含水层寒武系灰岩含水层寒武系灰岩含水层 在二在二1煤层与几个含水层之间有几个

2、良好的隔水层，发挥了煤层与几个含水层之间有几个良好的隔水层，发挥了很好的隔水作用。很好的隔水作用。）二）二1煤底板至太原组灰岩之间的海相泥岩和砂质泥岩隔水层煤底板至太原组灰岩之间的海相泥岩和砂质泥岩隔水层v 岩性致密均匀，隔水性能好，华北和华东地区普遍发育。海岩性致密均匀，隔水性能好，华北和华东地区普遍发育。海相泥岩的厚度和致密程度决定其隔水性能，河南郑州矿区海相泥岩的厚度和致密程度决定其隔水性能，河南郑州矿区海相泥岩厚度为相泥岩厚度为812m，焦作矿区，焦作矿区2023m，鹤壁矿区，鹤壁矿区3040m，永城矿区永城矿区50m，海相泥岩越厚，隔水性能越好。，海相泥岩越厚，隔水性能越好。）本溪组

3、地层）本溪组地层v 主要是铝土质泥岩、砂质泥岩、泥岩，夹有煤线和黄铁矿、主要是铝土质泥岩、砂质泥岩、泥岩，夹有煤线和黄铁矿、赤铁矿薄层，如果本溪组地层较厚，可有效阻隔奥陶系与赤铁矿薄层，如果本溪组地层较厚，可有效阻隔奥陶系与L14灰岩之间的水力联系。灰岩之间的水力联系。）太原组中段的砂质泥岩隔水层）太原组中段的砂质泥岩隔水层v 它起到了阻隔它起到了阻隔L14灰岩与灰岩与L78灰岩之间水力联系的作用。灰岩之间水力联系的作用。近年来，回采工作面底板突水事故呈上升趋势，究其原因有以下几点：近年来，回采工作面底板突水事故呈上升趋势，究其原因有以下几点： 二二1煤底板海相泥岩地层太薄，不足于抵抗底板突水

4、压力。煤底板海相泥岩地层太薄，不足于抵抗底板突水压力。 回采工作面前后方煤层底板受矿山压力扰动，破坏了底板隔水层的完整性，回采工作面前后方煤层底板受矿山压力扰动，破坏了底板隔水层的完整性，降低其强度，弱化其隔水性能。降低其强度，弱化其隔水性能。 煤层底板岩层中存在有裂隙、溶隙、断层、陷落柱等，沟通了含水层与二煤层底板岩层中存在有裂隙、溶隙、断层、陷落柱等，沟通了含水层与二1煤煤层之间的水力联系。层之间的水力联系。 开采深度越来越大，承担的水压越来越高，突水的概率增高，突水量也相对开采深度越来越大，承担的水压越来越高，突水的概率增高，突水量也相对增大。增大。 采煤方法不正确，巷道布置不合理，回采

5、工艺不对路，不利于底板水的防治。采煤方法不正确，巷道布置不合理，回采工艺不对路，不利于底板水的防治。 水文地质工作不到位，防治水措施不得力，没有认真贯彻执行水文地质工作不到位，防治水措施不得力，没有认真贯彻执行“预测预报、预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水方针。的防治水方针。 防治水安全投入不够，矿井排水能力不足，防治水工程不完善。防治水安全投入不够，矿井排水能力不足，防治水工程不完善。v 2001年肥城矿区首先提出对二年肥城矿区首先提出对二1煤底板进行注浆加固煤底板进行注浆加固的方案：的方案： 在回采工作面上、下顺槽及开切眼准备出来之后，在回采工作面

6、上、下顺槽及开切眼准备出来之后，先用直流电法仪或瞬变电磁仪对回采工作面圈定范先用直流电法仪或瞬变电磁仪对回采工作面圈定范围内煤层底板含水层进行超前探测，找出可能发生围内煤层底板含水层进行超前探测，找出可能发生突水的局部区域（低阻区）突水的局部区域（低阻区） 在上、下顺槽向低阻区上方海相泥岩打钻在上、下顺槽向低阻区上方海相泥岩打钻 在地面建立注浆站，通过输浆管路与钻孔孔口管在地面建立注浆站，通过输浆管路与钻孔孔口管上的高压闸阀连接，注浆加固海相泥岩，充填其涌上的高压闸阀连接，注浆加固海相泥岩，充填其涌水通道，防止开采期间回采工作面及其后方采空区水通道，防止开采期间回采工作面及其后方采空区底板突水

7、。底板突水。 近几年来，焦作矿区、永城矿区、郑州矿区也相继采用了这一近几年来，焦作矿区、永城矿区、郑州矿区也相继采用了这一技术，并取得了成功，这一技术有着广泛的推广应用前景。技术，并取得了成功，这一技术有着广泛的推广应用前景。第二节第二节注浆加固层位的确定注浆加固层位的确定 岩层厚度应大于由于矿山压力向底板中传播所形成的破碎带厚度。岩层厚度应大于由于矿山压力向底板中传播所形成的破碎带厚度。 加固地层可注性强，浆液可在地层中大面积扩散，在高压注浆条件加固地层可注性强，浆液可在地层中大面积扩散，在高压注浆条件下不跑浆，浆液利用率高。下不跑浆，浆液利用率高。 加固以后可有效改变底板岩层的物理力学性质

8、，提高其强度和隔水加固以后可有效改变底板岩层的物理力学性质，提高其强度和隔水性能，有效防止底板突水。性能，有效防止底板突水。 在井下布置钻场方便，辅助工程量小，注浆钻孔钻进工程量小。在井下布置钻场方便，辅助工程量小，注浆钻孔钻进工程量小。 为了保证注浆加固煤层底板的防治水效果，必须首先确定加固哪一为了保证注浆加固煤层底板的防治水效果，必须首先确定加固哪一个层位。如果加固层位距离煤层太近，在注浆过程中可能会出现大量跑个层位。如果加固层位距离煤层太近，在注浆过程中可能会出现大量跑浆，浪费注浆材料，达不到加固目的；加固层位距离煤层太远，钻孔工浆，浪费注浆材料，达不到加固目的；加固层位距离煤层太远，钻

9、孔工程量大，技术经济不合理；加固层位太薄，加固后其强度仍然不足以抵程量大，技术经济不合理；加固层位太薄，加固后其强度仍然不足以抵抗水的压力；加固层位太厚，可能会消耗更多的注浆材料，费工费时，抗水的压力；加固层位太厚，可能会消耗更多的注浆材料，费工费时，影响回采进度。影响回采进度。合理的加固层位应该是：合理的加固层位应该是：一、回采引起底板岩层形成破碎带厚度的确定一、回采引起底板岩层形成破碎带厚度的确定（一）理论计算法（一）理论计算法（二）巷道观测（二）巷道观测（三）钻孔透视法（三）钻孔透视法（四）钻孔电视法（四）钻孔电视法二、注浆加固底板层位的确定二、注浆加固底板层位的确定v 二二1煤底板海相

10、泥岩底与太原组地层呈整合接触，是注浆加固煤层底板煤底板海相泥岩底与太原组地层呈整合接触，是注浆加固煤层底板的首选层位。选择这一层位需要考虑以下几个方面的因素：的首选层位。选择这一层位需要考虑以下几个方面的因素：1. 二二1煤底板海相泥岩的厚度煤底板海相泥岩的厚度 通过计算和矿压观测，支承压力对底板的强烈扰动深度为通过计算和矿压观测，支承压力对底板的强烈扰动深度为2030m2030m。因此，海相泥岩厚度大于因此，海相泥岩厚度大于30m30m才能选择加固这一层位，否则即使海相才能选择加固这一层位，否则即使海相泥岩得到了加固，也不能实现阻止底板突水的效果。泥岩得到了加固，也不能实现阻止底板突水的效果

11、。2. 加固区域是否有采空区加固区域是否有采空区 注浆加固煤层底板施工时注浆站是在地面设置，由于注浆站与受注浆加固煤层底板施工时注浆站是在地面设置，由于注浆站与受注地点高差比较大，浆柱压力很高，一般属高压注浆。如果加固区域注地点高差比较大，浆柱压力很高，一般属高压注浆。如果加固区域有采空区，浆液就有可能向采空区扩散。尽管消耗了大量的注浆材料，有采空区，浆液就有可能向采空区扩散。尽管消耗了大量的注浆材料，仍然达不到注浆加固的预期效果。仍然达不到注浆加固的预期效果。3. 采空区与注浆加固区域的相对位置采空区与注浆加固区域的相对位置 如果采空区与注浆加固区域距离较远，可以不考虑采空区的影响。如果采空

12、区与注浆加固区域距离较远，可以不考虑采空区的影响。（一）加固二（一）加固二1煤底板海相泥岩煤底板海相泥岩（二）加固太原组上段薄层灰岩（二）加固太原组上段薄层灰岩v 如果二如果二1煤底板泥岩的厚度太薄，应选择加固太原组煤底板泥岩的厚度太薄，应选择加固太原组上段薄层灰岩。与加固泥岩底板相比，有其明显的优上段薄层灰岩。与加固泥岩底板相比，有其明显的优越性，越性，主要表现在以下几个方面：主要表现在以下几个方面：直接充填薄层灰岩岩溶裂隙，从根本上治理薄层灰直接充填薄层灰岩岩溶裂隙，从根本上治理薄层灰岩突水。岩突水。可以将太原组上段薄层灰岩由含水层变为隔水层，可以将太原组上段薄层灰岩由含水层变为隔水层，增

13、加了二增加了二1太原组上段薄层灰岩煤底板隔水层的厚度，太原组上段薄层灰岩煤底板隔水层的厚度，增强抵抗增强抵抗L14灰岩和奥陶系灰岩突水的能力。灰岩和奥陶系灰岩突水的能力。岩溶裂隙发育，可注性强，容易实现预期的注浆加岩溶裂隙发育，可注性强，容易实现预期的注浆加固效果。固效果。灰岩强度较大，能够承受较高的灰岩强度较大，能够承受较高的注浆压力注浆压力，注浆过程，注浆过程中失浆量少，不易发生底鼓现象。中失浆量少，不易发生底鼓现象。（三）加固太原组中段隔水层（三）加固太原组中段隔水层v 选择注浆加固太原组中段隔水层的主要是选择注浆加固太原组中段隔水层的主要是郑州矿区。郑州矿区。v 该矿区二该矿区二1煤泥

14、岩底板厚度仅有煤泥岩底板厚度仅有812m，太原组上段太原组上段L78灰岩厚度灰岩厚度810m。如果加固。如果加固L78灰岩，由于距离煤层太近，注浆压力又比灰岩，由于距离煤层太近，注浆压力又比较大，注浆过程中跑浆现象严重，局部出现底较大，注浆过程中跑浆现象严重，局部出现底鼓，达不到预期的加固效果。将钻孔打到鼓，达不到预期的加固效果。将钻孔打到L56灰岩，增加止浆层厚度和强度，可有效控制跑灰岩，增加止浆层厚度和强度，可有效控制跑浆，提高浆液利用率。浆，提高浆液利用率。第三节第三节底板注浆加固方案的确定底板注浆加固方案的确定一、注浆加固时机与顺序的选择一、注浆加固时机与顺序的选择v 选择加固底板的时

15、机必须贯彻选择加固底板的时机必须贯彻“预测预报、预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原的防治水原则，注浆加固底板的时机应选择则，注浆加固底板的时机应选择在回采工作面在回采工作面上、下顺槽和开切眼掘进完成之后上、下顺槽和开切眼掘进完成之后进行。先用进行。先用直流电法或瞬变电磁法直流电法或瞬变电磁法对煤层底板进行一次全对煤层底板进行一次全面的水文地质物理探测，圈定回采工作面推进面的水文地质物理探测，圈定回采工作面推进范围内的低阻区，然后根据低阻区的分布进行范围内的低阻区，然后根据低阻区的分布进行注浆加固方案设计。注浆加固方案设计。二、煤层底板水文地质预测预报

16、二、煤层底板水文地质预测预报v煤层底板水文地质预测预报的目的：煤层底板水文地质预测预报的目的： 查明推进范围内煤层底板的水文地质情查明推进范围内煤层底板的水文地质情况，找出发生底板突水的可疑区，然后针对况，找出发生底板突水的可疑区，然后针对可疑区采取有效措施。由于水是良好的导电可疑区采取有效措施。由于水是良好的导电体，电阻率很低，多数岩石是半导体，电阻体，电阻率很低，多数岩石是半导体，电阻率很高，所以目前采用最多的预测预报方法率很高，所以目前采用最多的预测预报方法是直流电法和瞬变电磁法。是直流电法和瞬变电磁法。（一）采用直流电法仪进行煤层底板水文地质预测预报（一）采用直流电法仪进行煤层底板水文

17、地质预测预报直流电法仪直流电法仪v 运用直流电法仪采用三极交汇法进运用直流电法仪采用三极交汇法进行掘进工作面超前水文地质预测预报，行掘进工作面超前水文地质预测预报，同样也可以运用直流电法仪，采用四极同样也可以运用直流电法仪，采用四极对称法进行回采工作面超前水文地质预对称法进行回采工作面超前水文地质预测预报。测预报。v 采用四极对称法可以探测煤层底板采用四极对称法可以探测煤层底板60100m范围内的水文地质情况，这一范围内的水文地质情况，这一深度对华北多数矿区来说，均可以了解深度对华北多数矿区来说，均可以了解到到L78灰岩的富水情况，有些地区二灰岩的富水情况，有些地区二1煤煤底板泥岩较薄，可以探

18、测到底板泥岩较薄，可以探测到L14灰岩甚至灰岩甚至于奥陶系灰岩的富水情况。于奥陶系灰岩的富水情况。四极对称法：四极对称法：图11-1某矿28031（B）工作面煤层底板36m以深直流电法探测结果平面图050100150200250050100050100150200250050100比 例 尺 ： 1 ： 1 5 0 0下 付 巷上 付 巷上 3 点流 1 点 东 40m 处28031(A)工作面切巷（二）采用瞬变电磁仪进行煤层底板水文地质预测预报（二）采用瞬变电磁仪进行煤层底板水文地质预测预报1. 瞬变电磁仪工作原理瞬变电磁仪工作原理v 瞬变电磁法：瞬变电磁法： 利用不接地回线向地下发射一次脉

19、冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期利用不接地回线向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次涡流场，从而探测间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次涡流场，从而探测介质电阻率。介质电阻率。v 探测原理：探测原理： 当发射回线中电流突然断开后，地下介质激励起感应涡流场以维持当发射回线中电流突然断开后，地下介质激励起感应涡流场以维持在断开电流以前存在的磁场，此二次涡流场呈多个层壳的在断开电流以前存在的磁场，此二次涡流场呈多个层壳的“环带环带”型，型，随着时间的延长在发射回线附近介质逐步向下及向外扩展，不同时间随着时间的延长在发射回线附近介质逐步向下及向外扩

20、展，不同时间到达不同深度和范围。二次涡流场极大值沿着与发射回线平面成到达不同深度和范围。二次涡流场极大值沿着与发射回线平面成30倾角的锥形斜面向下、向外传播，感应涡流场在探测面引起的磁场为倾角的锥形斜面向下、向外传播，感应涡流场在探测面引起的磁场为整个整个“环带环带”各个涡流层的总效应，此效应可以简单的用不同时间逐各个涡流层的总效应，此效应可以简单的用不同时间逐步向外及向下扩散和电流环（称之为步向外及向下扩散和电流环（称之为“烟圈烟圈”）相等效，）相等效，“烟圈烟圈”沿沿47倾斜锥面扩展。倾斜锥面扩展。v TEM47HP是加拿大是加拿大Geonics 公司专门生产的井下探水公司专门生产的井下探

21、水瞬变电磁系统，也叫瞬变电磁系统，也叫PROTEM47HP。v 其组成包括：其组成包括：图图11-3TEM47HP井下探水系统的组成井下探水系统的组成 TEM47HP发射机发射机高频接收线圈高频接收线圈 接收机接收机可调节角度的井下可调节角度的井下多匝发射线圈多匝发射线圈 同步电缆同步电缆 PROTEM数字接收机数字接收机 TEM47HP发射机发射机 高频接收线圈高频接收线圈 可调节角度的井下多匝发射可调节角度的井下多匝发射线圈线圈 TEMB全空间正、反演软件全空间正、反演软件 （1）TEM47HP井下探水系统的组成井下探水系统的组成 （2）井下瞬变电磁法的装置结构）井下瞬变电磁法的装置结构

22、重叠回线装置重叠回线装置 中心装置中心装置 共面偶极装置共面偶极装置 共轴偶极装置共轴偶极装置图图11-4 剖面探测装置方式剖面探测装置方式TxRx共面偶极装置共面偶极装置TxRx共轴线偶极装置共轴线偶极装置Tx Rx中心装置中心装置（3）技术指标）技术指标 2. 巷道掘进头超前探测应用实例巷道掘进头超前探测应用实例图图11-7 第一次初探结果第一次初探结果图图11-8 第二次初探结果第二次初探结果图图11-9 第三次初探结果第三次初探结果图图11-10 第四次初探结果第四次初探结果图图11-11 第五次初探结果第五次初探结果（1 1）对巷道掘进头的超前探测）对巷道掘进头的超前探测（2 2）在

23、巷道内探测采区煤层底板储水构造）在巷道内探测采区煤层底板储水构造三、注浆加固方案三、注浆加固方案v 注浆系统注浆系统v 注浆方式注浆方式v 注浆材料注浆材料v 注浆参数注浆参数v 注浆顺序注浆顺序v 注浆技术措施等。注浆技术措施等。v 工作面概况工作面概况v 工作面底板岩层水文地质分析工作面底板岩层水文地质分析v 钻场布置钻场布置v 钻孔结构钻孔结构v 钻孔施工顺序钻孔施工顺序v 钻孔施工技术要求钻孔施工技术要求v回采工作面底板注浆加固方案设计的主要内容包括：回采工作面底板注浆加固方案设计的主要内容包括：（一）工作面概况（一）工作面概况v 说明：说明： 回采工作面位置、技术参数回采工作面位置、

24、技术参数 煤层赋存特征煤层赋存特征 底板岩性底板岩性 采煤方法采煤方法 煤层底板标高煤层底板标高 地面标高及相关生产系统等情况。地面标高及相关生产系统等情况。（二）工作面底板岩层水文地质分析（二）工作面底板岩层水文地质分析 说明煤层底板直接充水含水层、间接充水含水层的岩性、强度、说明煤层底板直接充水含水层、间接充水含水层的岩性、强度、厚度、节理裂隙发育程度、含水性、导水性、水头高度、水压、厚度、节理裂隙发育程度、含水性、导水性、水头高度、水压、补给水源、补给与季节的关系及其与煤层之间的相对位置。补给水源、补给与季节的关系及其与煤层之间的相对位置。 说明煤层底板直接隔水层、间接隔水层的岩性、厚度

25、、节理裂隙说明煤层底板直接隔水层、间接隔水层的岩性、厚度、节理裂隙发育程度、强度、隔水性能及与煤层之间的相对位置。发育程度、强度、隔水性能及与煤层之间的相对位置。 说明回采范围内的地质构造，分析断层、裂隙的含导水性，各含说明回采范围内的地质构造，分析断层、裂隙的含导水性，各含水层之间的水力联系等。水层之间的水力联系等。 介绍煤层底板水文地质预测预报的主要结论，结合本矿在过去生介绍煤层底板水文地质预测预报的主要结论，结合本矿在过去生产中水灾事故特点，分析有可能发生底板突水的主要区域，突水产中水灾事故特点，分析有可能发生底板突水的主要区域，突水强度、突水量预测等。强度、突水量预测等。（三）注浆加固

26、范围及加固层位的确定（三）注浆加固范围及加固层位的确定v 分析注浆加固、改造底板隔水层的必要性，确定注分析注浆加固、改造底板隔水层的必要性，确定注浆加固总体方案，包括：浆加固总体方案，包括： 加固范围和加固层位、加固工程量、辅助工程量、加固范围和加固层位、加固工程量、辅助工程量、辅助工程位置、需要的钻场数量、钻孔数目、注浆辅助工程位置、需要的钻场数量、钻孔数目、注浆系统、工程工期、工程进度、施工组织等。系统、工程工期、工程进度、施工组织等。v 根据高压注浆堵水加固工作原理，选用先进合理的根据高压注浆堵水加固工作原理，选用先进合理的技术路线，以技术路线，以“堵源截流、阻堵结合、加固底板堵源截流、

27、阻堵结合、加固底板”为为原则，采用先简单、后复杂，先骨料后单液，最后采原则，采用先简单、后复杂，先骨料后单液，最后采用双液浆的注浆顺序，保证注浆加固，改造底板的目用双液浆的注浆顺序，保证注浆加固，改造底板的目的。的。（四）钻场布置（四）钻场布置v 钻场位置应选择顶板较完整的地段，尽可能不影响钻场位置应选择顶板较完整的地段，尽可能不影响工作面上下顺槽中的设备运行。工作面上下顺槽中的设备运行。v 合理设计钻场巷道断面，为了避免钻场巷道断面过合理设计钻场巷道断面，为了避免钻场巷道断面过大，钻场内钻孔可全部设计为斜孔。大，钻场内钻孔可全部设计为斜孔。v 钻巷断面规格一般为：钻巷断面规格一般为： 长长宽

28、宽高高=5m3m3mv 钻巷的支护锚网支护、金属棚子支护。尽量减少钻钻巷的支护锚网支护、金属棚子支护。尽量减少钻场数量，合理安排钻孔施工顺序。场数量，合理安排钻孔施工顺序。（五）注浆孔布置原则（五）注浆孔布置原则 根据低阻区分布范围合理设计钻孔的位置和数目，钻孔的孔径一般要大于根据低阻区分布范围合理设计钻孔的位置和数目，钻孔的孔径一般要大于75mm，浆液扩散半径按，浆液扩散半径按30m计算。计算。 尽量增加钻孔揭露含水层的面积，确保注浆效果。尽量增加钻孔揭露含水层的面积，确保注浆效果。 钻孔设计方向要尽可能多的穿越断层带和裂隙，使钻孔能大面积地揭露含钻孔设计方向要尽可能多的穿越断层带和裂隙，使

29、钻孔能大面积地揭露含水层。水层。 在断层交叉、尖灭、拐弯处、工作面初次来压、周期来压显现地段、煤柱、在断层交叉、尖灭、拐弯处、工作面初次来压、周期来压显现地段、煤柱、以及褶皱轴都要尽量多布置钻孔。以及褶皱轴都要尽量多布置钻孔。 钻场内注浆孔多为伞状布置，根据钻机的最大钻进深度，调整钻孔的方位，钻场内注浆孔多为伞状布置，根据钻机的最大钻进深度，调整钻孔的方位，均匀布置钻孔。均匀布置钻孔。 同一个钻场要尽可能多布置钻孔，以减少钻场数量，减少钻场辅助工程量。同一个钻场要尽可能多布置钻孔，以减少钻场数量，减少钻场辅助工程量。 钻场内钻孔位置、倾角及方位的选择要考虑到方便钻机架设、方便钻进施钻场内钻孔位

30、置、倾角及方位的选择要考虑到方便钻机架设、方便钻进施工。工。 各钻孔要按照设计施工次序编号。各钻孔要按照设计施工次序编号。（六）钻孔结构（六）钻孔结构v 注浆钻孔选用注浆钻孔选用135mm钻头开孔，下入钻头开孔，下入108mm、长长610m的无缝钢管作孔口管，然后换用的无缝钢管作孔口管，然后换用90mm钻头钻钻头钻进，直至终孔位置。进，直至终孔位置。v 如果二如果二1煤底板破碎，为防止注浆过程中从孔口附近漏浆，煤底板破碎，为防止注浆过程中从孔口附近漏浆，可选用可选用155mm钻头开孔，下入钻头开孔，下入146mm、长、长610m孔口管，然后换用孔口管，然后换用130mm钻头钻进，穿过钻头钻进，

31、穿过L7灰后，下入灰后，下入108mm二级套管，最后换用中二级套管，最后换用中90mm钻头钻进直至终钻头钻进直至终孔位置。孔位置。v 两级套管均要注浆封闭，封闭套管时注两级套管均要注浆封闭，封闭套管时注CS双液浆，待双液双液浆，待双液浆充分凝固后，扫孔注水，进行耐压试验。耐压实验压力不浆充分凝固后，扫孔注水，进行耐压试验。耐压实验压力不低于设计注浆终压时的孔口压力，持续时间不少于低于设计注浆终压时的孔口压力，持续时间不少于30min。（七）钻孔施工顺序（七）钻孔施工顺序v 为加快工程进度，可安排为加快工程进度，可安排23个钻场同时施工，配备足够的个钻场同时施工，配备足够的钻孔与注浆设备，多工种

32、、多工序平行作业。钻孔与注浆设备，多工种、多工序平行作业。v 为保证注浆加固效果，注浆孔要分三遍注浆：为保证注浆加固效果，注浆孔要分三遍注浆： 先施工第一序次钻个数不低于钻孔总数的先施工第一序次钻个数不低于钻孔总数的50%50%。完成一序次。完成一序次后再施工第二序次钻孔，二序次的钻孔个数不得低于总孔数的后再施工第二序次钻孔，二序次的钻孔个数不得低于总孔数的30%30%，一、二序次完成后再施工第三序次的检查孔，检查孔的，一、二序次完成后再施工第三序次的检查孔，检查孔的个数一般为总孔数的个数一般为总孔数的20%20%。（八）钻孔施工技术要求（八）钻孔施工技术要求 必须严格按照设计标定的钻孔方位、

33、倾角。必须严格按照设计标定的钻孔方位、倾角。 必须使用防喷反压装置，以免钻具被高压水顶出伤人。必须使用防喷反压装置，以免钻具被高压水顶出伤人。 孔口管要进行耐压试验，压力不小于注浆终孔孔口压力，持续耐孔口管要进行耐压试验，压力不小于注浆终孔孔口压力，持续耐压时间不少于压时间不少于30分钟。分钟。 及时、准确、完整、清晰、准确记录钻孔进入各隔水层、含水层及时、准确、完整、清晰、准确记录钻孔进入各隔水层、含水层的初始水量、最大水量、稳定水量、出水压力、岩层层位、换层的初始水量、最大水量、稳定水量、出水压力、岩层层位、换层深度、进入含水层前有无深度、进入含水层前有无“导高导高”、进入含水层后岩溶发育

34、程度、进入含水层后岩溶发育程度等简易水文观测资料。等简易水文观测资料。 防止钻孔偏斜，制定切实可行的钻孔防斜措施。防止钻孔偏斜，制定切实可行的钻孔防斜措施。（九）注浆材料（九）注浆材料1. 粘土粘土-水泥水泥-水玻璃浆液水玻璃浆液2. 粉煤灰粉煤灰-水泥浆液水泥浆液3单液水泥浆单液水泥浆4CS双液浆双液浆（十）注浆系统（十）注浆系统注浆系统组成由注浆系统组成由:地面制浆系统地面制浆系统注浆泵注浆泵送料孔送料孔井下注浆管路井下注浆管路井下注浆孔井下注浆孔地面制浆系统组成地面制浆系统组成:粘土制浆机粘土制浆机水泥添加器水泥添加器搅拌机搅拌机其它辅助设施其它辅助设施粘土制浆机采用肥城矿粘土制浆机采用

35、肥城矿业集团的业集团的NL12型制浆机，型制浆机，如图如图11-22所示。所示。图图11-22 粘土粘土-水泥浆注浆系统及工艺流程图水泥浆注浆系统及工艺流程图（十一）泵量与泵压（十一）泵量与泵压v采用：采用：v NBB250/6型泥浆泵型泥浆泵v 泵量为泵量为150250L/minv 水玻璃泵泵量为水玻璃泵泵量为80250L/min（十二）注浆方式（十二）注浆方式v 采用全段连续注浆方式，分孔分序次连续采用全段连续注浆方式，分孔分序次连续注浆，达到注浆终压为止。以最大量注入，注浆，达到注浆终压为止。以最大量注入，最大范围扩散，最大限度的充填岩溶裂隙为最大范围扩散，最大限度的充填岩溶裂隙为目的。

36、目的。v 对注浆孔初始水量大于对注浆孔初始水量大于100m3/h的钻的钻孔，可采取分段注浆，穿透含水层后最终达孔，可采取分段注浆，穿透含水层后最终达到注浆终孔位置。相邻钻孔在含水层段间距到注浆终孔位置。相邻钻孔在含水层段间距小于小于50m时，不得同时穿透含水层，以免时，不得同时穿透含水层，以免串浆。串浆。（十三）注浆参数（十三）注浆参数1. 浆液的比重浆液的比重2. 浆液的粘度浆液的粘度3. 单孔注浆结束标准单孔注浆结束标准（十四）注浆施工技术要求（十四）注浆施工技术要求 注浆前要对注浆管路进行检查，确保管路畅通，然后对注浆管路进行耐压注浆前要对注浆管路进行检查，确保管路畅通，然后对注浆管路进

37、行耐压试验，试验压力不低于试验，试验压力不低于6MPa，持续时间不得低于，持续时间不得低于20分钟，合格后方可分钟，合格后方可注浆。注浆。 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10分钟。分钟。 要严格浆液配比标准，并认真做好记录。要严格浆液配比标准，并认真做好记录。 注浆过程中要根据注浆压力和跑浆情况，及时调整注浆泵泵量和各种浆液注浆过程中要根据注浆压力和跑浆情况，及时调整注浆泵泵量和各种浆液的比重。的比重。 注双液浆时，应首先开启水泥浆泵，水泥浆进入注浆孔注双液浆时，应首先开启水泥浆泵，水泥浆进入注浆孔10分钟后按开

38、动分钟后按开动水玻璃泵。达到注浆压力要求时，停止注浆，先停水玻璃泵后停水泥浆水玻璃泵。达到注浆压力要求时，停止注浆，先停水玻璃泵后停水泥浆泵。泵。 要严格注浆顺序、注浆方式、注浆结束标准。要严格注浆顺序、注浆方式、注浆结束标准。 如发现钻孔串浆、堵塞或钻孔进浆量明显较少时，要重新扫孔或补打检查如发现钻孔串浆、堵塞或钻孔进浆量明显较少时，要重新扫孔或补打检查孔注浆。孔注浆。 当达到注浆结束标准后，应及时关闭孔口阀门，卸下孔口高压胶管。当达到注浆结束标准后，应及时关闭孔口阀门，卸下孔口高压胶管。 注浆结束后，要及时将管路和混合器冲洗干净，以备再用。注浆结束后，要及时将管路和混合器冲洗干净，以备再用

39、。（十五）注浆效果检查（十五）注浆效果检查1钻探检查钻探检查2物探检查物探检查3综合水动态分析综合水动态分析第四节第四节 底板加固注浆工程实例底板加固注浆工程实例一、矿井概况一、矿井概况v 某矿位于焦作煤田东北部，开拓方式为立井暗斜井多水平开某矿位于焦作煤田东北部，开拓方式为立井暗斜井多水平开拓，采煤方法为走向长壁采煤法。拓，采煤方法为走向长壁采煤法。v 井田内构造以高角度的正断层为主，煤系地层呈现单斜构造井田内构造以高角度的正断层为主，煤系地层呈现单斜构造形态，局部存在褶曲构造。形态，局部存在褶曲构造。v 井田西部边界为二井田西部边界为二1煤层露头，东部边界附近为开放性的九里煤层露头，东部边

40、界附近为开放性的九里山断层，南部边界为北升南降、落差山断层，南部边界为北升南降、落差200m左右的正断层，北部左右的正断层，北部边界为南升北降、落差边界为南升北降、落差65m的的F4断层。断层。v 开采深度开采深度100740m，开采煤层为二叠系山西组二，开采煤层为二叠系山西组二1煤层，煤层，煤厚煤厚1.57.5m。v 历史上曾多次发生突水事故，其中最大突水量历史上曾多次发生突水事故，其中最大突水量4200m3/h。矿井正常涌水量矿井正常涌水量2280m3/h，涌水水源主要来自二，涌水水源主要来自二1煤层底板的煤层底板的L8灰岩含水层。灰岩含水层。二、二、23071工作面水文地质条件工作面水文

41、地质条件v 23071工作面位于井田南部二水平工作面位于井田南部二水平23采区的底部，采区的底部，走向长走向长640m，煤厚，煤厚4.45.2m，工作面运输巷和回风巷，工作面运输巷和回风巷均沿煤层顶板布置。均沿煤层顶板布置。v 工作面水文地质条件比较复杂，工作面水文地质条件比较复杂，L8灰岩含水层厚灰岩含水层厚68m，水位，水位-90m，煤层底板隔水层厚，煤层底板隔水层厚3844m。在其上。在其上部的部的23051工作面回采过程中涌水量达工作面回采过程中涌水量达450m3/h，右上，右上部的部的20071工作面回采过程中涌水量达工作面回采过程中涌水量达780m3/h，23051和和20071工

42、作面涌水水源均来自二工作面涌水水源均来自二1煤层底板的煤层底板的L8灰岩含灰岩含水层。水层。三、突水原因分析及加固技术的可行性三、突水原因分析及加固技术的可行性v 在构造破碎带区域，二在构造破碎带区域，二1煤层隔水底板的稳定性减煤层隔水底板的稳定性减弱，抗压强度小于弱，抗压强度小于4MPa，隔水底板失去隔水功能，隔水底板失去隔水功能，位于煤系地层下部的位于煤系地层下部的L8含水层的高压水沿构造破碎带含水层的高压水沿构造破碎带涌人矿井。在煤层回采前预先对其破碎的隔水底板注涌人矿井。在煤层回采前预先对其破碎的隔水底板注浆加固，对位于煤层底板的浆加固，对位于煤层底板的L8灰岩含水层含水溶洞进灰岩含水

43、层含水溶洞进行注浆充填，把二行注浆充填，把二1煤层破碎的隔水底板变成坚固的整煤层破碎的隔水底板变成坚固的整体，将体，将L8灰岩含水层改造成隔水层。这样，在工作面灰岩含水层改造成隔水层。这样，在工作面回采过程中，就能避免突水事故发生。回采过程中，就能避免突水事故发生。四、注浆加固方案设计四、注浆加固方案设计（一）钻场布置及设备（一）钻场布置及设备v 1. 钻场硐室钻场硐室 钻场硐室在运输巷上帮布置，与运输巷钻场硐室在运输巷上帮布置，与运输巷走向垂直，其规格为走向垂直，其规格为5 53 32.4m2.4m，8 8个硐室，个硐室，间距间距60m60m。v 2. 钻机钻机 钻机为钻机为SGZ-MA30

44、0SGZ-MA300，注浆泵型号，注浆泵型号NBB-260NBB-260，额定注浆量为额定注浆量为260L/min260L/min；注浆压力为；注浆压力为7MPa7MPa。（二）注浆钻孔（二）注浆钻孔v 每个钻场布置每个钻场布置3-4个注浆钆孔，每个钻孔设计为个注浆钆孔，每个钻孔设计为二级孔口固定装置。二级孔口固定装置。 孔径孔径146mm146mm，长，长8 810m10m； 采用采用108mm108mm，=4.5mm=4.5mm的钢管；的钢管； 用用425425# #硅酸盐水泥浆（水：水泥硅酸盐水泥浆（水：水泥=1=1：1.21.2）固定；）固定； 其承受压力大于其承受压力大于4 MPa4 MPa。1. 一级孔口固定装置一级孔口固定装置 孔径孔径108mm10