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(shù)。通過(guò)對煤層隔水底板實(shí)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(guò)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(shù)的合理性和實(shí)用性。目前改技術(shù)一已在方莊礦得到廣泛應用。

          關(guān)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(guò)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(guò)這些治水措施的實(shí)施，礦區地下水位大幅下降，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，地下潛水水位由原來(lái)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(lái) 的+80m下降至目前的-91m，每年排出礦井污水1970萬(wàn)m3，每年用于排水的費用高達950萬(wàn)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，據統計，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(shí)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(shù)管理的新課題。焦作市方莊煤礦通過(guò)在23071工作面對二1煤層隔水底板實(shí)施注漿增厚加固技術(shù)，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(shí)降低了排水費用，取得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )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(wàn)t/年，核定生產(chǎn)能力82.2萬(wàn)t/年。開(kāi)拓方式為立井暗斜井開(kāi)拓，采煤方法為走向長(cháng)避采煤法。井田內地質(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，井田內煤系地層自西北向東南呈現一單斜構造。礦井開(kāi)采深度100m~740m，開(kāi)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°，全區分布穩定。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(lái)自二1煤層地板的L8灰巖含水層。

2 23071工作面水文地質(zhì)條件

 23071工作面位于23采區的底部，標高在-418.5~-474.5之間，走向長(cháng)640m，傾向長(cháng)126m，傾角20°,煤層厚度4.4~5.2m，平均厚度4.5m，運煤巷和回風(fēng)巷均沿煤層頂板布置。在二1煤層地板的L8灰巖含水層厚度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(guò)程中涌水量達450m3/h，右上部的20071工作面回采過(guò)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，其穩定性受古構運動(dòng)和采動(dòng)地應力制約，受古構運動(dòng)的影響，在23采區和20采區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煤層隔水底板的穩定性減弱，抗壓強度小于4Mpa，屬極易突水危險區域。

3 注漿增厚加固技術(shù)設計及技術(shù)參數

3.1 鉆機峒室及設備技術(shù)參數

 (1)   鉆機峒室技術(shù)參數

    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規格：長(cháng)×寬×高=5×3×2.4m。

    ④峒室間距：60m；數量：8個(gè)。

 (2)鉆機技術(shù)參數

    ①型號：SGZ-MA300。

②額定進(jìn)尺：300m。

 (3)注漿泵技術(shù)參數

    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(shù)參數

 原則上每個(gè)鉆機峒室布置3~4個(gè)注漿鉆孔（見(jiàn)圖1），如遇特殊情況，增加鉆孔數量，各鉆孔的方向、傾角、深度參數見(jiàn)（鉆孔參數表），每個(gè)鉆孔設計為二級孔口固定裝置，個(gè)孔技術(shù)參數為：

(1)一級孔口固定裝置

    ①孔徑：φ=146mm。

    ②長(cháng)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(cháng)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(guò)L8灰巖含水層底板6~8m。

3.3注漿液技術(shù)參數

        (1)粘土注漿液技術(shù)參數

        ①粘度：17~25s。

        ②比重：1.10~1.3。

        (2)水泥注漿液技術(shù)參數

        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，根據試驗結果確定是否注入骨料。

 (4)注漿過(guò)程中根據情況加入適量水玻璃，以便縮短漿液凝固時(shí)間。

 (5)注漿壓力達到設計要求時(shí)，用水清洗注漿管道，以免漿液堵塞。

 (6)注漿工藝流程見(jiàn)(注漿工藝流程圖)。

5  注漿效果、經(jīng)濟效益及社會(huì )效益

(1)注漿效果

在對23071工作面煤層底板實(shí)施注漿增厚加固技術(shù)過(guò)程中,鉆孔進(jìn)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(jiàn)鉆孔參數表）。經(jīng)過(guò)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灰巖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(lái)增加10m以上；③煤層隔水底板的抗壓強度由原來(lái)的小于4Mpa增加到7.5Mpa以上；④為23071工作面煤層的開(kāi)采提供了安全保障。

(2)經(jīng)濟效益

根據23051和20071兩個(gè)工作面回采過(guò)程中的涌水量情況分析，對23071工作面實(shí)施煤層底板注漿增厚加固技術(shù)以后，減少礦井水涌出量450m3/h，當年節省排水費用247.5萬(wàn)元，去掉實(shí)施注漿增厚加固技術(shù)的投資費用102萬(wàn)元，當年可創(chuàng )經(jīng)濟效益145.5萬(wàn)元，以后每年節約排水費用247.5萬(wàn)元。

(3)社會(huì )效益

 在保護地下水資源方面，對23071工作面實(shí)施煤層底板注漿增厚加固技術(shù)以后，每年將減少地下水資源排放量達389萬(wàn)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(yǔ)

在23071工作面實(shí)施煤層底板注漿增厚加固技術(shù)后，取得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。實(shí)踐證明，“煤層底板注漿增厚加固技術(shù)”在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟上是合理的，具有一定的推廣應用價(jià)值。

      (作者簡(jiǎn)介：陳書(shū)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(xué)院地質(zhì)系，一直從事煤礦地質(zhì)及水文地質(zhì)教學(xué)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(shù)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(shù)。通過(guò)對煤層隔水底板實(shí)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(guò)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(shù)的合理性和實(shí)用性。目前改技術(shù)一已在方莊礦得到廣泛應用。

          關(guān)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(guò)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(guò)這些治水措施的實(shí)施，礦區地下水位大幅下降，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，地下潛水水位由原來(lái)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(lái) 的+80m下降至目前的-91m，每年排出礦井污水1970萬(wàn)m3，每年用于排水的費用高達950萬(wàn)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，據統計，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(shí)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(shù)管理的新課題。焦作市方莊煤礦通過(guò)在23071工作面對二1煤層隔水底板實(shí)施注漿增厚加固技術(shù)，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(shí)降低了排水費用，取得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )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(wàn)t/年，核定生產(chǎn)能力82.2萬(wàn)t/年。開(kāi)拓方式為立井暗斜井開(kāi)拓，采煤方法為走向長(cháng)避采煤法。井田內地質(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，井田內煤系地層自西北向東南呈現一單斜構造。礦井開(kāi)采深度100m~740m，開(kāi)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°，全區分布穩定。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(lái)自二1煤層地板的L8灰巖含水層。

2 23071工作面水文地質(zhì)條件

 23071工作面位于23采區的底部，標高在-418.5~-474.5之間，走向長(cháng)640m，傾向長(cháng)126m，傾角20°,煤層厚度4.4~5.2m，平均厚度4.5m，運煤巷和回風(fēng)巷均沿煤層頂板布置。在二1煤層地板的L8灰巖含水層厚度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(guò)程中涌水量達450m3/h，右上部的20071工作面回采過(guò)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，其穩定性受古構運動(dòng)和采動(dòng)地應力制約，受古構運動(dòng)的影響，在23采區和20采區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煤層隔水底板的穩定性減弱，抗壓強度小于4Mpa，屬極易突水危險區域。

3 注漿增厚加固技術(shù)設計及技術(shù)參數

3.1 鉆機峒室及設備技術(shù)參數

 (1)   鉆機峒室技術(shù)參數

    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規格：長(cháng)×寬×高=5×3×2.4m。

    ④峒室間距：60m；數量：8個(gè)。

 (2)鉆機技術(shù)參數

    ①型號：SGZ-MA300。

②額定進(jìn)尺：300m。

 (3)注漿泵技術(shù)參數

    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(shù)參數

 原則上每個(gè)鉆機峒室布置3~4個(gè)注漿鉆孔（見(jiàn)圖1），如遇特殊情況，增加鉆孔數量，各鉆孔的方向、傾角、深度參數見(jiàn)（鉆孔參數表），每個(gè)鉆孔設計為二級孔口固定裝置，個(gè)孔技術(shù)參數為：

(1)一級孔口固定裝置

    ①孔徑：φ=146mm。

    ②長(cháng)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(cháng)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(guò)L8灰巖含水層底板6~8m。

3.3注漿液技術(shù)參數

        (1)粘土注漿液技術(shù)參數

        ①粘度：17~25s。

        ②比重：1.10~1.3。

        (2)水泥注漿液技術(shù)參數

        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，根據試驗結果確定是否注入骨料。

 (4)注漿過(guò)程中根據情況加入適量水玻璃，以便縮短漿液凝固時(shí)間。

 (5)注漿壓力達到設計要求時(shí)，用水清洗注漿管道，以免漿液堵塞。

 (6)注漿工藝流程見(jiàn)(注漿工藝流程圖)。

5  注漿效果、經(jīng)濟效益及社會(huì )效益

(1)注漿效果

在對23071工作面煤層底板實(shí)施注漿增厚加固技術(shù)過(guò)程中,鉆孔進(jìn)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(jiàn)鉆孔參數表）。經(jīng)過(guò)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灰巖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(lái)增加10m以上；③煤層隔水底板的抗壓強度由原來(lái)的小于4Mpa增加到7.5Mpa以上；④為23071工作面煤層的開(kāi)采提供了安全保障。

(2)經(jīng)濟效益

根據23051和20071兩個(gè)工作面回采過(guò)程中的涌水量情況分析，對23071工作面實(shí)施煤層底板注漿增厚加固技術(shù)以后，減少礦井水涌出量450m3/h，當年節省排水費用247.5萬(wàn)元，去掉實(shí)施注漿增厚加固技術(shù)的投資費用102萬(wàn)元，當年可創(chuàng )經(jīng)濟效益145.5萬(wàn)元，以后每年節約排水費用247.5萬(wàn)元。

(3)社會(huì )效益

 在保護地下水資源方面，對23071工作面實(shí)施煤層底板注漿增厚加固技術(shù)以后，每年將減少地下水資源排放量達389萬(wàn)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(yǔ)

在23071工作面實(shí)施煤層底板注漿增厚加固技術(shù)后，取得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。實(shí)踐證明，“煤層底板注漿增厚加固技術(shù)”在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟上是合理的，具有一定的推廣應用價(jià)值。

      (作者簡(jiǎn)介：陳書(shū)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(xué)院地質(zhì)系，一直從事煤礦地質(zhì)及水文地質(zhì)教學(xué)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 )