煤层底板超前注浆加固定向孔注浆工艺技术_品牌

...西陇南煤矿井下煤层加固用高压注浆泵

殷峰

摘要：煤炭行业是国家的重点行业，它的存在能够带动国家的经济进步，能够为广大群众的生活创造便利。然而在开采煤矿的时候，经常会遇到各种各样的问题，其中煤层地板突水是最为常见的一种问题，也是影响很严重的一类灾害。因此，作为煤炭单位一定要高度关注该问题，制定合理的应对策略和方法，其中最常用的是底板注浆法。具体来讲是运用定向孔朝底板处灌注浆液，以此来实现加固的目的。文章具体地分析了注浆相关的内容。

关键词：煤层底板；超前注浆加固；定向孔；注浆工艺技术

中图分类号：F416.21 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）19-0162-02

众所周知，注浆技术的应用性非常强，而且它的使用区间非常广。它的工作原理是将借助压力将制作好的浆液灌注到岩体的缝隙之中，进而经由脱水以及固结等使得岩体变成新的结构，这种结构的优点是强度高，而且具有较好的防渗能力。目前我们国家的煤矿企业在治理底板水害问题的时候一般使用这种方法。许多企业在工作中一般使用普通钻孔来加固底板，这就使得加固的工程量非常大，因此我们只能将巷道挖掘好以后才可以处理，不但增加了工作的难度，而且还有潜在的盲区。对于这种问题，需要将定向孔钻进技术引入到煤矿井下，利用定向孔实现煤层底板的超前注浆加固。由于定向孔在底板的空间轨迹及钻孔深度等多个方面均与常规钻孔有较大的区别，因此，需要针对性地对其注浆技术进行重点研究。

1 注浆设计原则

通过开展注浆工作可以降低钻孔工作量，提升灌注的效益，便于场地施工工作的开展。具体来讲，在开展注浆设计工作的时候一定要认真遵守如下的原则内容。

第一，要确保布孔一致。一般的钻孔为雨伞状的，但是定向孔却是平行存在的单排孔，因此在钻孔的时候一定要确保其均匀一致。第二，要确保施工不受干扰。因为工程所需的钻孔要在一个统一的钻场实施，因此在设计的时候一定要确保它们彼此不会影响。第三，在设计的时候不能够只是考虑经济性，还要分析其是否可行。第四，我们之所以注浆，其目的有二，第一是为了堵住漏水的孔隙，第二是为了加固，所以要选择正确的材料。第五，一定要考虑到各种潜在的危险，将问题控制在发生之前。

2 注浆层位与注浆材料

2.1 注浆层位与加固半径

煤层底板超前注浆加固定向钻孔布孔层位在确定的时候必须考虑如下几点内容。第一，要将钻孔选择在水分含量较高或是缝隙较多的区域之中。第二，要确保目标层位和煤层之间的距离恰当，不能太大或是太小了。因为太大的话就会导致钻孔工作的难度增加，如果太小的话就无法发挥施工的目的，不能够加固隔水层了，更加不能够确保施工安全，导致问题频繁出现。第三，要确保目标才能到硬度符合规定，而且要保证地层平稳，最好不要在较硬的地层中实施，以免增加施工的难度，导致效率不高。

通过以上的叙述我们可知，在布局孔位的时候一定要结合底板的具体情况来定。

2.2 注浆孔间距

底板超前注浆加固定向孔间距可依据单孔注浆扩散范围确定，一般单孔注浆扩散范围为25～30m，在设计定向孔时，钻孔间距应定在 50～60m。

2.3 注浆材料

因为煤井的性质较为独特，因此在注浆施工的时候一定要确保使用的注浆材料性能优越。具体来讲要确保其有如下的性能。第一，要确保固结体有强大的抗渗能力，而且它的持久性要好，不会受环境的干扰。第二，要确保浆液的固化时间可变化，而且要保证强度高。第三，要保证浆液不存在毒副作用，不会影响到生态环境，同时还要确保工艺难度指数低。第四，保证材料的来源有保证，便于输送存放。第五，规定浆液有良好的抗液化水平，就算是遇到地震的话也不会出现液化现象。

对于普通的钻孔来讲，其注浆用到的材料主要是水泥以及煤灰和黏土水泥等。对于定向孔来讲，由于其注浆量非常大，而且还需要分次透孔，因此很多的常见材料都无法被用到施工之中。在对地层开展堵水改造工作的时候，黏土泥浆凭借它独特的优点被大量运用，具体来讲它的优点是堵水性能非常好，而且强度高，不会对环境产生负面影响，项目所需的成本少，耗时短等。如果遇到出水情況较为严重的地段，必须增加材料的使用量，以此实现良好的加固效益。

3 注浆工艺

3.1 注浆方式及工艺流程

顾名思义，注浆方式讲的是施工时候使用的方法，目前煤矿井下常规钻孔均采用全孔一次性注浆。不过因为定向孔的深度较深，如果使用全孔注浆的话，其段落长度非常长，构造差异明显，因此会导致注浆的效果不是很好，长距离注浆时大裂隙较多，浆液将首先顺岩层交界面填充，然后沿空隙较大的部位渗透。在空隙较小的部位渗透能力小，因此注浆的帷幕是不连续的，这就会使得效果大打折扣。所以，如果使用定向孔的话，一定不能够采取全孔形式，而要采取分段法。前进式分段注浆是指采用钻、注交替作业的一种注浆方式，也就是说在工作的时候，钻一段之后立即注浆，然后停止再次钻孔，然后再次注浆，不断交替。

3.2 注浆顺序

单个定向孔采用前进式分段注浆方式进行注浆，而多个定向孔组成的集束型定向孔群更要合理设计钻孔的注浆顺序，只有确定好注浆的顺序，才可以确保工作开展顺利。

（1）从外向里

依据约束发展思想，先处理外侧的孔，然后再朝内部孔注浆，这样做的目的是确保浆液逐渐压密进而起到加固的作用。

（2）跳孔注浆

在具体的注浆的时候，因为会受到前面孔隙的干扰，后续的孔隙会因为压力过高或是别的一些干扰要素的存在而出现偏流现象，浆液量也会变少。所以，在具体的注浆的时候可以使用跳孔法，以此来确保浆液被压实，确保注浆工作持续。同时使用该方法还能够防止临近的钻孔工作互相干扰，确保施工的安全性。

（3）相邻孔错位注浆

当必须对相邻定向孔同时进行注浆或钻进等施工时，必须对其错位施工，相邻定向孔注浆或钻进段落应至少间隔一个注浆段，比如A钻孔进行第N段注浆时，相邻B钻孔不能对N-1至N+1段进行注浆或定向钻进，其目的是为了防止窜浆，干扰施工工作的开展。

3.3 注浆参数

3.3.1 注浆段落长度

采用前进式分段注浆方式进行注浆时，一定要確保段落的长度符合规定。所谓的长度具体来说指的是注浆的竖向范围。其和所在区域的地质状态以及使用的工艺有很大的关系。对于那些地质状况不是很好的区域，由于其注浆效果容易被干扰，所以要合理缩短其长度。如果钻孔的间距非常长的话，岩粉不能够被排出，工作效率不高，会干扰到注浆工作，所以此时最好将段落缩短一些。通过很多的实际案例我们发现，注浆存在“契形效应”，也即是说越是向前灌注，浆液越是不容易扩散，进而使得效果变差，所以要合理确定灌注的段落。

3.3.2 注浆速度

在确定速度的时候一定要认真考虑使用的材料的类型以及设备的特征和项目的时间规定等。对于定向孔进行煤层底板注浆时注浆速度建议控制在6～10m3/h。

3.3.3 浆液的体积质量

黏土浆体积质量稳定在1.12t/m3左右，按照先稀后浓的原则，分档控制。根据定向孔注浆特点选择采用黏土水泥浆，黏土水泥浆具有很好的可注性。黏土水泥浆体积质量应根据浆液渗透性、黏度和结石率等重要性能指标确定。

3.3.4 注浆结束控制标准

通过实践我们发现泥浆的压力变大的时候，其扩散范围相应的就会变大，此时填充的缝隙就更加的饱和，强度也相应的要高很多，不过如果压力大于设定值的话，就会导致跑浆现象，所以要明确注浆标准。使用正确的定压措施，具体的压力要依据孔口的压力而定。如果中途发生了漏浆或是鼓底等现象的话要停止活动，除此情况之外只要没有达到注浆规定就不可以停止。

4 注浆方法

因为煤井处在地下，其空间较窄，定向孔所需的浆液较多，所以普通的钻孔工艺无法实现较好的意义，此时只能使用地面注浆法，顾名思义就是在地面造浆，然后使用专门的管线输送，借助注浆孔朝着孔隙之中注入浆液。注浆之前要测试管线的抗压水平，只有测试达标之后才可以开展后续工作。

5 注浆效果检查与评价

5.1 检验孔评价

根据定向孔出水量、裂隙发育情况，有针对性布置检查孔，检查孔的布置要重点考虑构造复杂地段、注浆质量相对较弱的地段。若检查孔涌水量大于规定值，则需钻进常规钻孔进行补充注浆，直到检查孔水量小于规定值。

5.2 物探检查

在开展改造工作之前的时候要做好物探活动，有目的的布局，注浆以后再比对物探，只有这样才能够得知改造的是否到位。

5.3 注浆量评价

根据注浆量与周围工作面注浆情况对比，判断定向孔注浆加固效果。

5.4 施工评价

根据工作面巷道掘进和回采出水量等施工情况对注浆效果进行评价。

6 结束语