摘 要：本文主要介紹了焦作市方莊煤礦23071工作面煤層隔水底板注漿增厚加固技術。通過對煤層隔水底板實施注漿，不但加固了底板，也保證了工作面的安全生產(chǎn)，經(jīng)過鉆孔壓力試驗及工作面回采檢驗，證明了煤層隔水底板注漿增厚加固技術的合理性和實用性。目前改技術一已在方莊礦得到廣泛應用。
關鍵詞：礦井水；隔水底板；注漿；增厚加固
礦井水害是煤礦生產(chǎn)過程中主要的地質(zhì)災害之一。煤礦企業(yè)在治理礦井水害方面主要采取的措施有：打疏水降壓鉆孔、掘泄水巷、增加排水設施、增大排水能力等，通過這些治水措施的實施，礦區(qū)地下水位大幅下降，大量的地下淡水變成礦井污水排出地面，排水費用明顯增加。如焦作市方莊礦區(qū)，地下潛水水位由原來的+80m下降至目前的+60m，位于二1 煤 層 地 板 的 L8灰 巖含水層水 位 由 原 來 的+80m下降至目前的-91m，每年排出礦井污水1970萬m3，每年用于排水的費用高達950萬元。由于地下水資源是影響我國經(jīng)濟發(fā)展的重要資源之一，據(jù)統(tǒng)計，我國淡水人均占有量只相當于世界人均的1/4，居世界第100位，被列為嚴重缺水國家之一。因此，研究在治理礦井水害的同時保護地下水資源，盡可能地減少地下水資源的排放量，降低排水費用是煤礦安全生產(chǎn)技術管理的新課題。焦作市方莊煤礦通過在23071工作面對二1煤層隔水底板實施注漿增厚加固技術，既保證了礦井安全生產(chǎn)，又減少了地下水資源的排放量，同時降低了排水費用，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
1 礦井概況
焦作市方莊煤礦始建于1958年，設計生產(chǎn)能力60萬t/年，核定生產(chǎn)能力82.2萬t/年。開拓方式為立井暗斜井開拓，采煤方法為走向長避采煤法。井田內(nèi)地質(zhì)構造極為復雜，構造主要以高角度的正斷層為主，局部存在褶曲構造，井田內(nèi)煤系地層自西北向東南呈現(xiàn)一單斜構造。礦井開采深度100m~740m，開采煤層為二疊系山西組二1煤，煤層 厚 度 1.5m~7.5m，平均厚度5.5m，煤層傾角5°~22°，全區(qū)分布穩(wěn)定。煤層頂板為灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖，厚2.80~18.55m，平均厚度5.30m，煤層地板為灰黑色砂質(zhì)泥巖、砂巖，厚0.50~7.30m，平均厚度1.80m。歷史上，曾多次發(fā)生突水事故，其中突水量大于60.0m3/h的有30次，最大突水量4200.0m3/h。礦井正常涌水量2280m3/h，涌水水源主要來自二1煤層地板的L8灰?guī)r含水層。
2 23071工作面水文地質(zhì)條件
23071工作面位于23采區(qū)的底部，標高在-418.5~-474.5之間，走向長640m，傾向長126m，傾角20°,煤層厚度4.4~5.2m，平均厚度4.5m，運煤巷和回風巷均沿煤層頂板布置。在二1煤層地板的L8灰?guī)r含水層厚度6~8m，水位-90m，煤層底板隔水層厚度38m~44m。在其上部的23051工作面回采過程中涌水量達450m3/h，右上部的20071工作面回采過程中涌水量達780m3/h。煤層隔水底板是煤層與L8含水層之間的隔水地層，其穩(wěn)定性受古構運動和采動地應力制約，受古構運動的影響，在23采區(qū)和20采區(qū)中間分布一條構造破碎帶，破碎帶走向130~160°，寬600m。23071工作面位于此構造破碎的邊沿，二1煤層隔水底板的穩(wěn)定性減弱，抗壓強度小于4Mpa，屬極易突水危險區(qū)域。
3.1 鉆機峒室及設備技術參數(shù)
(1) 鉆機峒室技術參數(shù)
①位置：在運煤巷上邦，沿煤層頂板布置。
②方向：與運煤巷走向垂直。
③規(guī)格：長×寬×高=5×3×2.4m。
④峒室間距：60m；數(shù)量：8個。
(2)鉆機技術參數(shù)
①型號：SGZ-MA300。
②額定進尺：300m。
(3)注漿泵技術參數(shù)
①型號：NBB-260
②額定注漿量：260L/min。
③壓力：7Mpa。
3.2 注漿鉆孔技術參數(shù)
原則上每個鉆機峒室布置3~4個注漿鉆孔（見圖1），如遇特殊情況，增加鉆孔數(shù)量，各鉆孔的方向、傾角、深度參數(shù)見（鉆孔參數(shù)表），每個鉆孔設計為二級孔口固定裝置，個孔技術參數(shù)為：
(1)一級孔口固定裝置
①孔徑：φ=146mm。
②長度：8~10m。
③鋼管型號：D40，δ=4.5mm。
④固定材料：用425#硅酸鹽水泥漿，水:水泥=1:1.2。
⑤承受壓力：大于4Mpa。
(2)二級孔口固定裝置
①孔徑：φ=108mm。
②長度：30m。
③鋼管型號：D40，δ=4.5mm。
④固定材料：用425#硅酸鹽水泥漿，水:水泥=1:1.2。
⑤承受壓力：大于8Mpa。
(3)終孔孔徑：φ=73mm。
(4)終孔層位：穿過L8灰?guī)r含水層底板6~8m。
3.3注漿液技術參數(shù)
(1)粘土注漿液技術參數(shù)
①粘度：17~25s。
②比重：1.10~1.3。
(2)水泥注漿液技術參數(shù)
①粘度：25~60s。
②比重：1.20~1.3。
4 注漿工藝
(1)造漿池、注漿泵站布置在地面。
(2)注漿方式：為了減少漿液流失，降低材料消耗，提高注漿效果，采用全壓間歇式注漿法。
(3)各鉆孔注漿前均作注水試驗，確定鉆孔吸水量，根據(jù)試驗結果確定是否注入骨料。
(4)注漿過程中根據(jù)情況加入適量水玻璃，以便縮短漿液凝固時間。
(5)注漿壓力達到設計要求時，用水清洗注漿管道，以免漿液堵塞。
5 注漿效果、經(jīng)濟效益及社會效益
(1)注漿效果
在對23071工作面煤層底板實施注漿增厚加固技術過程中,鉆孔進尺累計3270m,注入水泥435t,注入粘土量2523t,各鉆孔注漿量及終孔壓力情況（見鉆孔參數(shù)表）。經(jīng)過對工作面煤層隔水底板打鉆檢驗：①煤層隔水底板的含水裂隙和L8灰?guī)r的含水溶洞已被凝固的粘土水泥漿充填。②煤層隔水底板的厚度比原來增加10m以上；③煤層隔水底板的抗壓強度由原來的小于4Mpa增加到7.5Mpa以上；④為23071工作面煤層的開采提供了安全保障。
(2)經(jīng)濟效益
根據(jù)23051和20071兩個工作面回采過程中的涌水量情況分析，對23071工作面實施煤層底板注漿增厚加固技術以后，減少礦井水涌出量450m3/h，當年節(jié)省排水費用247.5萬元，去掉實施注漿增厚加固技術的投資費用102萬元，當年可創(chuàng)經(jīng)濟效益145.5萬元，以后每年節(jié)約排水費用247.5萬元。
(3)社會效益
在保護地下水資源方面，對23071工作面實施煤層底板注漿增厚加固技術以后，每年將減少地下水資源排放量達389萬m3以上，在一定程度保護了日益匱乏的地下水資源。
6 結束語
在23071工作面實施煤層底板注漿增厚加固技術后，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。實踐證明，“煤層底板注漿增厚加固技術”在技術上是可行的，經(jīng)濟上是合理的，具有一定的推廣應用價值。
(作者簡介：陳書平(1963-)，男，河南扶溝縣人，高級講師，1988年畢業(yè)于焦作礦業(yè)學院地質(zhì)系，一直從事煤礦地質(zhì)及水文地質(zhì)教學工作。通訊地址：河南省焦作煤業(yè)公司職工教育培訓中心，郵編：454002 )
工作面煤層隔水底板注漿增厚加固技術摘 要：本文主要介紹了焦作市方莊煤礦23071工作面煤層隔水底板注漿增厚加固技術。通過對煤層隔水底板實施注漿，不但加固了底板，也保證了工作面的安全生產(chǎn)，經(jīng)過鉆孔壓力試驗及工作面回采檢驗，證明了煤層隔水底板注漿增厚加固技術的合理性和實用性。目前改技術一已在方莊礦得到廣泛應用。
關鍵詞：礦井水；隔水底板；注漿；增厚加固
礦井水害是煤礦生產(chǎn)過程中主要的地質(zhì)災害之一。煤礦企業(yè)在治理礦井水害方面主要采取的措施有：打疏水降壓鉆孔、掘泄水巷、增加排水設施、增大排水能力等，通過這些治水措施的實施，礦區(qū)地下水位大幅下降，大量的地下淡水變成礦井污水排出地面，排水費用明顯增加。如焦作市方莊礦區(qū)，地下潛水水位由原來的+80m下降至目前的+60m，位于二1 煤 層 地 板 的 L8灰 巖含水層水 位 由 原 來 的+80m下降至目前的-91m，每年排出礦井污水1970萬m3，每年用于排水的費用高達950萬元。由于地下水資源是影響我國經(jīng)濟發(fā)展的重要資源之一，據(jù)統(tǒng)計，我國淡水人均占有量只相當于世界人均的1/4，居世界第100位，被列為嚴重缺水國家之一。因此，研究在治理礦井水害的同時保護地下水資源，盡可能地減少地下水資源的排放量，降低排水費用是煤礦安全生產(chǎn)技術管理的新課題。焦作市方莊煤礦通過在23071工作面對二1煤層隔水底板實施注漿增厚加固技術，既保證了礦井安全生產(chǎn)，又減少了地下水資源的排放量，同時降低了排水費用，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
1 礦井概況
焦作市方莊煤礦始建于1958年，設計生產(chǎn)能力60萬t/年，核定生產(chǎn)能力82.2萬t/年。開拓方式為立井暗斜井開拓，采煤方法為走向長避采煤法。井田內(nèi)地質(zhì)構造極為復雜，構造主要以高角度的正斷層為主，局部存在褶曲構造，井田內(nèi)煤系地層自西北向東南呈現(xiàn)一單斜構造。礦井開采深度100m~740m，開采煤層為二疊系山西組二1煤，煤層 厚 度 1.5m~7.5m，平均厚度5.5m，煤層傾角5°~22°，全區(qū)分布穩(wěn)定。煤層頂板為灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖，厚2.80~18.55m，平均厚度5.30m，煤層地板為灰黑色砂質(zhì)泥巖、砂巖，厚0.50~7.30m，平均厚度1.80m。歷史上，曾多次發(fā)生突水事故，其中突水量大于60.0m3/h的有30次，最大突水量4200.0m3/h。礦井正常涌水量2280m3/h，涌水水源主要來自二1煤層地板的L8灰?guī)r含水層。
2 23071工作面水文地質(zhì)條件
23071工作面位于23采區(qū)的底部，標高在-418.5~-474.5之間，走向長640m，傾向長126m，傾角20°,煤層厚度4.4~5.2m，平均厚度4.5m，運煤巷和回風巷均沿煤層頂板布置。在二1煤層地板的L8灰?guī)r含水層厚度6~8m，水位-90m，煤層底板隔水層厚度38m~44m。在其上部的23051工作面回采過程中涌水量達450m3/h，右上部的20071工作面回采過程中涌水量達780m3/h。煤層隔水底板是煤層與L8含水層之間的隔水地層，其穩(wěn)定性受古構運動和采動地應力制約，受古構運動的影響，在23采區(qū)和20采區(qū)中間分布一條構造破碎帶，破碎帶走向130~160°，寬600m。23071工作面位于此構造破碎的邊沿，二1煤層隔水底板的穩(wěn)定性減弱，抗壓強度小于4Mpa，屬極易突水危險區(qū)域。
3.1 鉆機峒室及設備技術參數(shù)
(1) 鉆機峒室技術參數(shù)
①位置：在運煤巷上邦，沿煤層頂板布置。
②方向：與運煤巷走向垂直。
③規(guī)格：長×寬×高=5×3×2.4m。
④峒室間距：60m；數(shù)量：8個。
(2)鉆機技術參數(shù)
①型號：SGZ-MA300。
②額定進尺：300m。
(3)注漿泵技術參數(shù)
①型號：NBB-260
②額定注漿量：260L/min。
③壓力：7Mpa。
3.2 注漿鉆孔技術參數(shù)
原則上每個鉆機峒室布置3~4個注漿鉆孔（見圖1），如遇特殊情況，增加鉆孔數(shù)量，各鉆孔的方向、傾角、深度參數(shù)見（鉆孔參數(shù)表），每個鉆孔設計為二級孔口固定裝置，個孔技術參數(shù)為：
(1)一級孔口固定裝置
①孔徑：φ=146mm。
②長度：8~10m。
③鋼管型號：D40，δ=4.5mm。
④固定材料：用425#硅酸鹽水泥漿，水:水泥=1:1.2。
⑤承受壓力：大于4Mpa。
(2)二級孔口固定裝置
①孔徑：φ=108mm。
②長度：30m。
③鋼管型號：D40，δ=4.5mm。
④固定材料：用425#硅酸鹽水泥漿，水:水泥=1:1.2。
⑤承受壓力：大于8Mpa。
(3)終孔孔徑：φ=73mm。
(4)終孔層位：穿過L8灰?guī)r含水層底板6~8m。
3.3注漿液技術參數(shù)
(1)粘土注漿液技術參數(shù)
①粘度：17~25s。
②比重：1.10~1.3。
(2)水泥注漿液技術參數(shù)
①粘度：25~60s。
②比重：1.20~1.3。
4 注漿工藝
(1)造漿池、注漿泵站布置在地面。
(2)注漿方式：為了減少漿液流失，降低材料消耗，提高注漿效果，采用全壓間歇式注漿法。
(3)各鉆孔注漿前均作注水試驗，確定鉆孔吸水量，根據(jù)試驗結果確定是否注入骨料。
(4)注漿過程中根據(jù)情況加入適量水玻璃，以便縮短漿液凝固時間。
(5)注漿壓力達到設計要求時，用水清洗注漿管道，以免漿液堵塞。
5 注漿效果、經(jīng)濟效益及社會效益
(1)注漿效果
在對23071工作面煤層底板實施注漿增厚加固技術過程中,鉆孔進尺累計3270m,注入水泥435t,注入粘土量2523t,各鉆孔注漿量及終孔壓力情況（見鉆孔參數(shù)表）。經(jīng)過對工作面煤層隔水底板打鉆檢驗：①煤層隔水底板的含水裂隙和L8灰?guī)r的含水溶洞已被凝固的粘土水泥漿充填。②煤層隔水底板的厚度比原來增加10m以上；③煤層隔水底板的抗壓強度由原來的小于4Mpa增加到7.5Mpa以上；④為23071工作面煤層的開采提供了安全保障。
(2)經(jīng)濟效益
根據(jù)23051和20071兩個工作面回采過程中的涌水量情況分析，對23071工作面實施煤層底板注漿增厚加固技術以后，減少礦井水涌出量450m3/h，當年節(jié)省排水費用247.5萬元，去掉實施注漿增厚加固技術的投資費用102萬元，當年可創(chuàng)經(jīng)濟效益145.5萬元，以后每年節(jié)約排水費用247.5萬元。
(3)社會效益
在保護地下水資源方面，對23071工作面實施煤層底板注漿增厚加固技術以后，每年將減少地下水資源排放量達389萬m3以上，在一定程度保護了日益匱乏的地下水資源。
6 結束語
在23071工作面實施煤層底板注漿增厚加固技術后，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。實踐證明，“煤層底板注漿增厚加固技術”在技術上是可行的，經(jīng)濟上是合理的，具有一定的推廣應用價值。
(作者簡介：陳書平(1963-)，男，河南扶溝縣人，高級講師，1988年畢業(yè)于焦作礦業(yè)學院地質(zhì)系，一直從事煤礦地質(zhì)及水文地質(zhì)教學工作。通訊地址：河南省焦作煤業(yè)公司職工教育培訓中心，郵編：454002 )
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