矿井注浆堵水技术

矿井注浆堵水技术

当涌水量很大，仅仅靠排水已不可能或有经济时，注浆堵截水源通道，然后再进行排水。

注浆堵水是将水泥将或化学浆通过管道压入井下岩层空隙、裂隙或巷道中，使其扩散、凝固和硬化，从而岩层具有较高的强度、密实性和不透水性，达到封堵截断补给水源和加固地层的作用，是矿井防治水害的重要手段之一。目前，注浆堵水已广泛用于矿井井筒注浆，封堵突水点，恢复被淹矿井，井巷堵水过含水层或导水断层，帷幕注浆堵水截流，减少矿井涌水量、底板注浆加固防止突水等方面已取得良好的效果。

一、注浆堵水的适用条件

(1)当老窑或被淹井巷的积水与强大水源有密切联系时，可先注浆堵截水源，然后排干积水。如山东肥城国庄矿、河南焦作演马庄矿等，都是先堵截水源而后排干积水恢复生产的。

(2)当井巷工程必须穿过一个或几个强含水层或充水断层，如不堵截水源，将给矿井生产和建设带来很大困难和危害，甚至无法施工，我国许多矿井穿过强含水层时，都是利用这一方法。

(3)当井筒或工作面发生严重淋水，为了加固井壁、改善劳动条件、减少排水费用，可以采取注浆措施。如鹤壁鹿楼主、副井，新汶协庄主、副井，采取挂浆措施后，取得了良好的效果。

(4)某些涌水量特大的矿井，为了减少矿井涌水量，降低常年排水费用，亦可采用注浆堵截水源。如焦作九里山矿，北部隐伏露头区冲积层水补给八层石灰岩含水层涌人矿井，采取注浆措施后，矿井涌水量减少56 m3／'rain ，lO 年共节省排水电费近亿元，取得了显著的经济效益，使一个严重亏损的矿井得以

扭亏为盈。

二、注浆工作程序

(一) 注浆材料

注浆材料的选择应根据堵水的目的、地质条件、施工条件、注浆工艺和投

资多少等因素决定。从水文地质条件考虑，选择材料可参考表4—2。

在一般情况下，凡是水泥浆能解决问题的尽量不采用化学浆，化学浆主要

用于弥补水泥浆的不足，解决一些水泥浆难以解决的问题。当地下水流速为25 m ／h 时，采用单液水泥浆；当大干25 m ／h 时，采用水泥一水玻璃双液浆；用于底板岩溶、断层破碎带和动水注浆堵水及处理井下突水事故时，目前多采用先灌注惰性材料(如砂、炉渣、砾石、锯末等) 充填过水通道、缩小过水断面、增加浆液流动阻力、减少跑浆，然后灌注快凝水泥一水玻璃浆液，再用强度较高的化学浆进一步封堵。

（二）具体注浆工作步骤

1. 注浆段高和浆方式

注浆段高是指一次注浆的长度，可分为全段一次注浆和分段注浆两种。前

者是将注孔钻至终孔后一次注浆，适用于含水层距地表近且厚度不大、裂隙发育较均匀的岩层。其优点是一次钻进、一次完成注浆，缩短施工时间；缺点是段高大时不易保证质量。当岩层吸浆量大时要求注浆设备能力大，易出现不均匀扩散，影响注浆堵水效果。当注效果。当注浆深度较大，穿过裂隙大小不同的多个含水层时，在一定注浆压力下，为防止浆液在大裂隙扩散远、小裂隙扩散近，上部岩层的裂隙进浆多、下部岩层裂隙进浆少，应采用分段注浆。段高可按岩层破碎程度划分。我国经验数据是：极破碎岩层一般为5m~10m；破碎岩层为10m ～15m ；裂隙岩层为15m ～30m ；重复注浆可取30m ～50m 。

注浆方式是指注浆顺序，分下行式和上行式两种。自上而下依次注浆称下

行式注浆，即从地表钻进含水层，钻一段孔，注一段浆，反复交替，直至全深。其优点是：上段注浆后，下段高压注浆时不跑浆，同时上段获得复注，注浆堵水效果好。缺点是：钻孔与注浆交替进行，工期长。该方式适用于岩层破碎或裂隙发育的地层。自下而上的注浆称上行式注浆，即注浆孔一次钻进到注浆终深，使用止浆塞，自下而上逐段注浆。上行注浆优点是无重复钻进，能加快注浆速度。该方法适用于岩层较稳定、垂直节理不发育的地层。

2. 注浆前压水

目的在于将裂隙中松软的泥质充填物推送到注浆范围以外，从而提高注浆

质理和堵水效果。对于大裂隙，压水时间为10min ～20min ；中小裂隙，则需15min~30min或列长一些。重复注浆钻孔压水时间适当延长30min~60min。压水时压力应由小增大，最大不得超过注浆终压。

3.下放止浆塞及注浆

止浆塞放至规定位置后，接好输浆管，压缩胶塞止浆并经压水试验检查好，

即可进行注浆。注浆过程中应特别注意堵浆、跑浆及冒浆，对待不同情况采取相应措施，以保证注浆工作正常进行。

（三）注浆参数

（1） 浆液扩散半径。裂隙中浆液的扩散半径随岩石的渗透系数、注浆压

力、注入时间的增加而增大，随浆液的浓度和黏度的增加而减少。据现场经验，岩深地层注浆，浆液平均扩散半径为10 m~15m，裂隙地层平均为4m~8m。

（2） 注浆压力。注浆压力对浆液的扩散影响很大，经验表明，随着注浆

压力的提高，充塞物质的强度急剧增加，这就保证了充塞物具有足够强度和不透水性。在地下水流速大的情况下，应设法增加浆液的流动阻力，需降低注浆压力，故合理运用注浆压力是注浆的关键。不同地区因地质条件不同，注浆压力也不尽一样。有地区选用注浆压力为静水压力的2～3倍，有的则根据岩石裂隙采用合适的压力值。

（3） 浆液注入量。根据扩散半径和岩裂隙率进行粗略计逄，公式为

Q=r2AHnβ （4－2）

式中Q―――浆液注入量，m3;

r-―――浆液扩散半径，m;

n―――裂隙率，％

H―――注浆段高，m ；

β―――浆液在裂隙内有效充填系数，0.9～0.95；

A――――浆液消耗系数，一般取1.2～1.3。

（4） 注浆结束标准。一般是用两个指标表示；一是最终吸浆量，即注浆注

至最后的允许吸浆量；另一个是达到设计压力时（即终压时）的持续时间。从理论上讲，最终吸浆量是越小越好，最理想的情况是注至完全不吸浆，但难以做到，故结束标准是注浆压力达到设计终压，一般为受注含水层水压的1.6～2.5倍，吸浆量小于80L/min，时间不少于30min 即可。

三、 突水点（口）注浆堵水

矿井因突水事故被淹没后，可以采取适当方法与措施，使其恢复生产获得

新生，常用的方法有强排疏干法和注浆堵水法。强排疏干法，即利用大流量水泵（水泵排水量要大于矿井突水后的总水量）强行排水，追水至井底，然后采到相应措施恢复生产。它适用于突水点（口）动水量和含水层静储量均小，矿井排水设备及电力供应条件皆好，排水后对工农业和居民用水无影响等条件。注浆堵水法是指用各种方法和材料（水泥、水玻璃、化学材料等）堵塞井下突水点，增加突水点及其周围岩层和隔水层的强度，切断通道和水源，故又称突水点（口）注浆堵水。此法适用于突水点动水量大、突水点距地面深，井巷断面有限、不能安装大型排水设备，突水点水源与工农业和居民供水属同一水源，排水后会引起水源地枯竭或产生环境水文地质问题时。突水点（口）注浆堵水，按注浆孔的们位置可分为先后排法和先排后堵法，我国淹没矿井恢复注浆堵水常用的是地面注浆先堵后排法。

（一）注浆堵水前的水文地质工作

注浆堵水时应解决的问题是：井下突水点的具体位置在哪里，在什么部位

注浆效果最好，根据什么原则布置勘探注浆孔，突水点堵水效果如何判断等问题。为了正确选择堵水方案，确保注浆钻孔能命中堵水的关键地点或部位和正确评价堵水效果，一般需进行下列水文地质工作：

（1）通过现有水文地质资料的整理分析、野外地质调查以及必在的突水点

（口）注浆堵水补充勘探工作，查清突水点的位置，确定或判断突水水源、突水点附近断裂构造的确切位置和含水层间的对接关系、突水点地段内含水层的分布及它们之间的水力联系、各含水层岩溶裂隙发育程度及岩溶裂隙发育的主要方向；

（2）因地制宜地进行连通试验，测定地下水的流速、流向和地下水的水质与水温；

（3）布设地下水动态观测网，进行堵水前、堵水后和堵水过程中的动态观测，并编制注浆观测孔历时曲线和等水位（压）线图，以指导注浆工程和注浆效果评价；

（4）用钻孔和被淹矿井进行抽（放）水试验，了解各含水层与突水点（口）的水力联系情况；与注浆工程前后放水资料对比，评价堵水效果；

（5）注浆前每孔都要进行冲洗钻孔及压水试验，目的是冲洗岩层中空隙通道，利于浆液扩散并与围岩胶结提高堵水效果；通过压水试验计算岩层单位吸水量，了解岩层的渗透性，以选择浆液材料及其浓度与压力。

（二）突水点注浆堵水方案的制定

制定方案时应反复分析研究，在弄清水文地质条件等情况的基础上，对堵

水工程作出正确布置，对堵水方法提出明确要求。

方案设计应包括如下内容；

（1）确定堵水范围、注浆层位和部位，注浆孔、观测孔检查孔数及其布置方式；

（2）确定注浆材料、注浆深度，划分注浆段、选 择注浆方式和止浆方法；

（3）确定注浆参数及质量检查和评价方法；

（4）选择钻探设备，确定钻孔结构与施工方法，确定主要安全技术措施（包

括注浆操作规程）。

（三）施工注浆孔及注浆

1．勘探注浆孔及注浆

（1）应布置在井下突水点附近，围绕着突水点由内往外和由稀至密分批布置。其目的是根据探资料及时修改补充原设计，以达到提高堵水和加固底板的效果；

（2）根据地下水的流速、流量和流向，注浆孔应布置在来水方向上，在突水点或断层带附近应适当加密堵水钻孔，以便切断突水点补给来源，减少注浆堵水孔数；

（3）布置钻孔尽可能一孔多用，使之既是地质、水文地质勘探孔，又是试验孔、观测孔，同时还可作为注浆堵水孔；

（4）注浆间距应按当地的具体地质、水文地质条件与实际扩散半径（R ）等因素确定。

2．注浆过程中的若干问题

（1）注浆层或段裂隙细小，钻孔单位吸水量小到中等的钻孔，一般耗浆量不大时，可采用连续注浆法，即自始至终连续不断地注浆，直到达到注浆设计结束标准。

（2）岩溶通道大、钻孔单位耗浆量大时，可采用间歇时间长短，主要依浆液达到初凝所需时间而定。间歇的次数以孔口压力上升快慢而定。当注浆孔口压力上升较快时，可改为连续注浆。每次停注后需冲入一定量清 水，以保持通道井口有致被堵塞。

（3）若发现邻孔有窜浆现象，应串连两孔同时注浆；若设备不足，依钻孔水位高低，可在下游注浆孔压入清水保持通道能畅、上游注浆孔注浆的办法处

理。

（4）注浆时，若通道中地下水流量汪、流速大时，只要浆液性能（水灰比）适宜，吸浆量大于通道中地下水流量1.5倍，注浆也可以成功；若通道流量大、流速小时，可用不易被水稀释的浆液，使用间歇注浆法注浆；若通道中流量和流速皆大，则可在注浆前设置比重较大固料，先将通道充填，然后注入速凝浆液。

3．注浆堵水效果的判断

当注入突水点及其周围的堵水材料固结封住突水通道后，则淹没矿井的水位将发生显著变化，地下水流的流动方向和水化学成分也相应发生变化，这些均可看成判断堵水效果的定性指标；定量指标是通过注浆前后的排水试验取得水量与降深关系的数据后，即可识别。

四、井下注浆堵水

井下注浆封堵突水点，主要是处理某些生产过程中发生和规模小的突水或恢复某个采区、工作面的生产工作。它的注浆堵水工作在井下进行，而且主要是对断层突水处理，主要方法是：

（1）用水闸墙挡水。当水突入巷道后，若水量较大，应采取紧急措施，在所掘巷道突水点以处地段，将水堵在巷道内；若水量不大时，可用水管将水导出，然后先择岩层比较完整处修筑水闸墙，待水闸墙修好后将管子的水门关闭，造成静水条件。

（2）待封堵于巷道内的水停止流动后，在接近水闸墙的正常巷道内向断层出水点和和其接近的含水层打注浆孔，然后用高压注浆泵往钻孔里注浆，以封堵和加固突水点及其周围地层，同时切断补给水源。

本文来自: 中国煤矿安全生产网 (www.mkaq.org) 详细出处参考：http://www.mkaq.org/Article/shengchanjs/201008/Article_35143_4.html

注浆材料

注浆材料是在地层裂隙和孔隙中起充填和固结作用的主要物质，它是实现堵水或加固作用的关键。注浆材料可分为颗粒浆液和化学浆液。 目前应用的颗粒性注浆材料主要有单液水泥浆、粘土水泥浆、水泥-水玻璃浆。我国在20世纪90年代粘土水泥浆的成功应用使注浆技术从注浆材料的“水泥时代”进入了“粘土时代”，与单液水泥浆相比，粘土水泥浆具有显著的经济优势：一是浆液的成本低，仅在水泥用量上，就比单液水泥浆节省70%～80%；二是注浆工期缩短40%～60%，并能为冻结—注浆－凿井三同时作业创造条件，大大缩短煤矿井筒的建设周期。近年来随着井筒建设深度的增加，特别是在煤炭供需关系日益紧张的情况下，煤矿井筒建设任务更加艰巨，粘土水泥注浆的经济优势得到了有效发挥。水泥-水玻璃浆液，亦称C-S 浆液。它是煤炭科学研究总院北京建井研究所在60年代后期开发的，以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定比例采用双液方式注入，必要时加入速凝剂和缓凝剂所组成的注浆材料。其性能取决于水泥浆水灰比、水玻璃浓度和加入量、浆液养护条件等。

化学浆液近似真溶液，具有一些独特性能，如浆液粘度低，可注性好，凝胶时间可准确控制等，但化学浆液价格比较昂贵，且往往有毒性和污染环境的问题，所以一般用于处理细小裂隙和粉细砂层等颗粒浆液无法注入的地层。

张延颖:葛泉矿煤层高承压岩溶含水层上带压开采下组煤技术探索

长期以来，在华北地区开采受奥灰水威胁的9号煤资源，一直是煤炭行业面临的难题，虽开采才甚众，却全部因遭受水害而中止。由冀中能源控股的金牛能源葛泉矿与煤炭科学研究总院西安研究院共同完成的葛泉矿东井《双层复合高承压岩溶含水层上带压开采下组煤综合防治水技术》，使这一技术得到解决。并形成了一整套以煤层底板注浆改造为主体的带压开采综合防治水技术，被专家评定为“达到了国际先进水平”。

能源意识 使创新触角向下组煤延伸

金牛能源葛泉矿，年设计能力为60万吨，开采煤层为2号、2号下、5、7号、8号及9号煤层，1989年投产以来，一直在2号、2号下、5号煤层进行生产。由于地质构造, 使该矿井田南翼F13断层的东北部分抬起，构成了独立块段，下组煤赋存较浅，其9号煤层厚度为4.89m ，储量为892.4万吨。下组煤距奥陶纪灰岩很近。奥陶纪灰岩为强含水层，水压很高。开采下组煤如同在灌满水的劣质容器上从事生产，稍有不慎，碰破容器，强大的水压便会把矿井淹没，其风险性极高。但强烈的能源意识和科学创新精神，却使他们瞄准了这个极具挑战意义的课题进行了不懈探索。

分析资料，他们发现这块煤层距奥灰顶面的隔水层厚度为38～55m ，奥陶系灰岩水水位标高为+40m左右， -150水平煤层承受的水压为1.9 Mpa。如果对煤层底板隔水层及本溪灰岩含水层进行注浆加固改造，并采取有效的高承压岩溶含水层上带压开采下组煤配套防治水措施，-150水平以上的下组煤即可具备高承压岩溶含水层上带压开采下组

煤的水文地质条件。也正是基于这些原因，金牛股份公司于2006年，投资1.49亿元，在这块煤层中新建了可年产30万吨煤炭的葛泉矿东井, 以科学的态度、攻关的精神把创新的触角向下组煤延伸。试采区走向长约2200m ，倾斜宽约1900m ，面积3.8km2。位于试采区西侧的首采工作面1192的直接充水水源为9号煤层底板下伏本溪灰岩含水层和顶板大青灰岩含水层，其中本溪灰岩含水层由于厚度较大（平均7.59m ），富水性强，且与奥陶系灰岩含水层之间存在密切的水力联系。

要确保试采圆满成功, 就必须在巷道掘进阶段，应该对煤层底板导水通道进行精细探查；在工作面回采前，对煤层底板隔水层及本溪灰岩含水层进行注浆加固与改造；在工作面回采过程中，还应对底板水害及采动破坏深度进行监测。为此, 该矿将首采 1192工作面防治水工作的基本思路确定为：在巷道掘进阶段，对顶板大青灰岩含水层进行合理受控疏放，对掘进头前方垂向导水构造进行探查并对薄弱区段进行超前预注浆；在工作面回采之前，对煤层底板进行注浆加固，补强其阻水性能。同时，对本溪含水层进行全面注浆改造，将其改造为相对隔水层；在工作面回采过程中对工作面底板水害和煤层底板采动破坏深度进行动态监测, 预防突水灾害，实现工作面的安全回采。

透彻分析 对首采面进行正确评价

河北金牛能源集团葛泉矿高承压岩溶含水层上带压开采下组煤的试采工作面1192，为倾斜长壁工作面，倾向长约400m ，走向宽75m ，工作面巷道均沿9号煤层底板掘进，煤厚4～6m ，倾角约10°，在工作面巷道掘进阶段，共揭露断层9条，其中，落差在5m 以上的断层1条，落差均小于2m 断层8条，断层发育密度约0.8条/100m，且干燥无水。 1192工作面采用综合放顶煤开采工艺，顶板管理方式为全部垮落法。1192工作面底

板至奥灰含水层的隔水岩层为由浅部向深部逐渐增大， 厚度为41～45m ，其中，切眼附近为41～42m ，停采线附近为44～45m 。岩性以粉砂岩、细砂岩、灰岩和铝土质泥岩为主，其中，粉砂岩、细砂岩占总厚度的75%左右；本溪灰岩厚度占总厚度的18%强；泥岩厚度占总厚度的5%左右。科学认为，这种软硬相间具有一定厚度的隔水层结构在未受构造破坏的情况下，具有较好的阻水性能。但本溪灰岩含水层与奥陶系灰岩含水层之间的隔水层厚度最薄处仅为8m ，却很容易受构造破坏使二者发生水力联系，使本溪灰岩含水层局部富水性增强，进而使隔水层的阻水性能下降。为安全完成首采面试采，他们通过钻探和对本溪灰岩水显示出奥陶系灰岩水的水文地质特征进行分析，在掌握了1192工作面9号煤底板至本溪灰岩间距为14.6-23.7m ，岩层结构以粉砂岩、砂岩为主，裂隙发育程度较高，阻水性能一般，底板裂隙发育方向多为30-35°，本溪灰岩承压水在局部地段存在原始导升高度，底板裂隙密集发育段可直接到9#煤底板等相关数据后，认为工作面开采过程中存在有本溪灰岩水沿导水裂隙上升，并突破9号煤层底板对井巷工程充水的危险性，及工作面本溪灰岩与奥陶系灰岩含水层之间隔水层，存在奥灰水垂向越流补给现象或其它形式的补给方式后，他们又根据1964至2002年38年奥灰水位动态观测统计资料，及工作面附近奥灰孔实测水位标高，以及采动对底板扰动破坏深度等方面，对组织力量对工作面的高承压岩溶含水层上带压开采下组煤安全评估 ，对工作面的突水系数进行计算，在得出大部分区域相对安全的结论后。他们又根据巷道掘进阶段的井下钻探成果，即：1192工作面底板下伏本溪灰岩含水层与奥陶系灰岩含水层之间存在水力联系，大多数区段本溪灰岩含水层与奥陶系灰岩含水层水位一致，本溪灰岩含水层富水性较强并普遍发育5-10m 的导升裂隙。本溪灰岩含水层与9号煤层之间隔水层平均厚度只有18m ， 12m 的煤层底板采动破坏深度和5m 的本灰水导升高度，使得9号煤与本溪灰岩含水层之间有效隔水层厚度只有1m ，突水系数高达2MPa/m，进行分析，认为：

这种复杂的水文地质条件会严重威胁矿井安全，只有通过人工干预的方式补强隔水层的阻水性能，改造本溪灰岩含水层为相对隔水层，才能预防底板突水，实现带压回采。 也正是对首采区工作面的正确评价，使他们在措施制定上有了具体而又充分的依据，也为高承压岩溶含水层上带压开采下组煤奠定了坚实基础。

严密组织 多管齐下进行综合探查

为安全开采9号煤资源，河北金牛能源集团葛泉矿在公司领导的大力支持下，自2006年起，多种技术手段并用，分矿井上下，以三维地震探测、瞬变电磁从地面探测工作面的内部构造和底板隔水层构造；以直流电法、瞬变电磁、电测深、坑透和音频电透视等方法对试采区的煤层构造、煤层底板的富水区段和巷道前方、巷道侧方的富水性，及本灰、奥灰水的原始导高、已掘巷道底板的富水性进行探查，并对工作面底板隔水层富水区段的注浆效果检验，较好地指导了工作面的布置设计及采掘过程中防治水工程技术的实施。

通过三维地震，他们成功实现了对9号煤层底板等高线及断层位置等相关数据控制的基本准确；通过地面瞬变电磁，他们实现了对9号煤底板到奥灰顶面的隔水层厚度、薄弱点发育情况的圈定和本溪灰岩隔水层富水性等相关数据控制的基本准确。而在通过直流电法对巷道顶、底板浸水区段进行超前探测时，由于顶板大青灰岩含水层对探测效果干扰和电法测量的多解性，则使局部巷道段出现了假异常。为此，他们又通过经验积累，改善探测方法，在最终取得了理想效果后，又通过坑透对工作面的构造发育情况进行检验，并印证了工作面内部没有发育大于1/3煤层厚度的断层及陷落柱后，为谨慎起见，他们又通过井下音频电透视对工作面构造发育情况进行再次检验，进一步坚定了自己的

信心。但高承压岩溶含水层上带压开采下组煤是一项极为严密的科技工作，为确保探查的准确和开采过程的安全，在首采1192工作面的巷道掘进过程中，他们又将掘进头前方煤层底板导水构造的探查作为防治水工作的重点，以“有疑必探，先探后掘”为原则，以“物探先行，钻探验证”为手段。应用综合防探技术，在巷道掘进前，以直流电法对掘进头前方的水文地质情况进行超前探测，并在遇到低阻异常区后，采用钻探手段进行探查验证，进一步查明导水构造，再以注浆加固的方式进行治理；如未遇低阻异常区，他们便以20m 以上的超前探测距离正常掘进，使巷道掘进较好地处在相对安全的保护之中。而对于已成巷道的可疑段底板和侧帮，他们也没有放任不管，并坚持进行了直流电法垂向和侧向双重探测，对可疑的垂向导水构造一旦确认，即迅速进行注浆加固，进而使巷道底板及侧帮的滞后突水得到有效防止。

正视困难 精确制定防治水路线

为将高承压岩溶含水层上带压开采下组煤的风险性降到最低，并保证首采工作面顺利采出，河北金牛能源集团葛泉矿在通过对试采区9号煤首采工作面1192进行认真的高承压岩溶含水层上带压开采下组煤条件评价后，将工作面的防治水工作划分成工作面掘进前、巷道掘进、工作面回采前、工作面回采4个阶段。并根据各个阶段的具体情况，将防治水工作的侧重点分别放在了下列方面：

工作面掘进前，在地面进行三维地地震和瞬变电磁综合勘探，并完善矿井的防排水系统。同时对顶板水进行合理疏放。在巷道掘进阶段，继续对顶板水进行合理疏放。同时采用直流电法进行超前探测，并采用钻探进行探测验证。得到证实后，对巷道底板进

行注浆改造。在工作面回采前，对煤层底板隔水层及本溪灰岩含水层进行全面注浆改造，并对注浆效果采用坑透、音频电透视、瞬变电磁进行有效检验，对不符合要求的地段进行补充注浆。在工作面回采阶段，对常规水文地质情况进行全天候监测，并及时预报工作面生产过程中的出水情况。

防治水工作的技术路线制定之后，为确保技术工作的顺利实施，他们又综合国内外众多资料，即：目前用于煤层底板注浆加固与改造的注浆材料主要有单液水泥浆类、水泥-粘土类、水泥-砂浆类、水泥水玻璃类、水玻璃类、砂砾石等骨料类以及有机化学材料类等，煤层底板注浆加固与改造技术一般的施工工艺为：分析与探查注浆工程的水文地质条件；注浆方案设计；建立注浆站；施工注浆孔；注浆系统试运转并对管路进行耐压试验；钻孔冲洗与耐压试验；造浆注浆；观测与记录；注浆结束；封孔；关闭孔口阀门、拆洗孔外管路及设备；分析检查注浆效果等12个步骤进行分析从四方面展开了工作。即：建立完善的排水系统，以最大限度地保证矿井的排水能力；疏降为主、疏堵结合，在可控的前提下对顶板大青灰岩水进行有效疏放；有疑必探，先治后掘，对煤层底板垂向导水构造进行有效探查，并对巷道底板进行超前预注浆；先治后采，对工作面底板潜伏导水构造进行注浆加固，并对本溪灰岩含水层进行全面注浆改造和效果检验；在回采过程中对底板隔水层及本溪灰岩含水层，及煤层底板破坏深度和突水征兆进行全程的动态监测，进而使既定的防治水路线得到了有效落实。

全力推动 对煤层底板进行全面改造

河北金牛能源集团葛泉矿在高承压岩溶含水层上带压开采下组煤上针对9号煤 “一

薄、二强、三高” 的水文地质特点，采用先进的注浆工艺、优化注浆孔布置方案，加固煤层底板隔水层，对垂向导水裂隙和构造进行封堵，补强其阻水性能；全面改造本溪灰岩含水层为相对隔水层，对导（富）水溶隙进行封堵，有效阻隔了煤层底板下伏高压奥灰水导升裂隙的向上延伸。

为使注浆改造取得预期效果，他们根据煤层底板的采动破坏深度，将注浆加固的目的层确定为煤层底板下10m 至本溪灰岩底板下2m 的含导水构造，进而使注浆目的层实现了定位准确；在对于至关重要的注浆孔布置上，他们又采用了浆液扩散半径20m ，注浆加固范围内钻孔终孔间距40m 以下等方法。并在实际操作中，使钻孔的裸孔段尽可能多的穿过注浆加固的目的层段，使钻孔方向尽可能垂直于构造裂隙的发育方向，给浆液向垂直裂隙带扩散创造条件。同时，他们还对工作面的切眼位置、初次来压位置、周期来压位置，以及巷道直接底板两侧10m 、停采线附近、物探异常区及构造发育区段进行了重点加固与改造。

在注浆系统选取上，他们根据东井注浆量大、注浆范围广、注浆时间长等实际情况，选用了具有风动下料、射流造浆、制浆过程自动跟踪控制，粘土、水泥注浆量自动计量、注浆密度自动监测等优点，并可井上下联合注浆的先进系统。并在工艺和流程上，应用了三阶段渐进式动态注浆工艺。即：注浆封堵与充填较大的含导水裂隙；加密注浆，对

第一阶段尚未充填或封堵效果不理想的导水裂隙进行充填与封堵；补充注浆，对前两阶段遗漏的含导水裂隙进行封堵。同时，在注浆改造过程中他们还坚持兼顾相邻工作面的底板预注浆。

在动态分析和注浆流程的优化上，他们通过不断积累钻孔涌水量、初见本灰深度、注浆量等数据，针对分析结果确定下一步重点注浆区段，共施工注浆钻孔195个，其中：

前期48个，中期加密71个，后期补充及检验76个，钻探总进尺12134.3m ，注入水泥12915.85 t，从而使1192工作面的底板注浆面积达到40000m2，注浆孔密度达到205m2/孔，钻孔平均间距达到10m 左右；实现更加理想的注浆效果。

在验证注浆效果上，他们在采用综合检测手段对工作面底板进行全面注浆加固与改造后，采用电测深和音频电透视技术对注浆加固效果进行了检验，并对仍然存在的物探异常区进行了钻探验证，对验证存在的注浆薄弱区段补充注浆。期间，共抽检注浆孔个数近40%，发现单孔涌水量均小于15m3/h； 75%的区段初见本灰水深度大于15m ，初见本灰水量小于3m3/h。1192工作面的底板经过全面改造，已较好地符合了开采条件。并安全采出后，他们又对1190工作面的注浆工程进行优化，使底板注浆面积达到58000 m2，注浆孔密度达到464m2/孔，钻孔平均间距达到15m 左右，并抽检注浆孔30%。当发现单孔涌水量均小于20m3/h，80%的区段初见本灰水深度大于15m ，初见本灰水量小于3m3/h后，即进入回采，目前1190工作面已经安全回采250m 。

大胆探索 形成底板注浆改造的量化指标

河北金牛能源集团葛泉矿在高承压岩溶含水层上带压开采下组煤上，对钻孔布置、注浆材料选择和制浆工艺进行大胆探索，并成熟了本区9号煤层底板注浆改造的量化指标，使这一技术得到了发展。

在钻孔布置上，他们以注浆孔单孔由孔口管（Ф108mm）、止水套管（Ф89mm）和裸孔注浆段（Ф75mm）组成，裸孔注浆段长度和钻孔倾角及孔口管、套管长度在符合相关规程的基础上，因钻孔位置岩性、水压以及初见水量大小而不同，止水套管埋深在煤

层底板下6~10m，终孔位置为穿过本溪灰岩底2m 为钻孔结构，并从9个方面进行了把握。即：浆液扩散半径20m ，终孔位置间距应不大于40m ；目的层为煤层底板下10m 至本溪灰岩底板下2m 的含导水构造；钻孔裸孔段尽可能多的穿过注浆加固的目的层段；钻孔方向尽可能垂直于构造裂隙发育方向；对物探异常区、断层带有所侧重；在工作面切眼位置、初次来压位置、周期来压位置、巷道直接底板两侧15m 范围内和停采线附近重点加固；钻窝位置设在利于排水、通风、逃生和围岩相对完整的区段；注浆钻孔一般布置在利于施工与运输的巷段；利用现有巷道对其两侧相邻工作面底板进行注浆改造降低成本。

在注浆材料选择和制浆工艺上，为了保证浆液质量的稳定性、可控制性和注浆改造工程质量的可靠性，初次采用大面积注浆工艺对煤层底板隔水层及本溪灰岩含水层进行全面注浆改造中，采用425标号纯水泥浆灌注。在首采工作面取得经验的基础上逐步研究适合本区水文地质特点，选用价格低廉、易于取材的替代材料，并在地面建成了由粘土造浆系统、水泥下料系统、制浆系统、跟踪控制计量系统及灌注系统组成的注浆站。其中：水泥下料系统包括散装水泥罐、调速螺旋机、压风机、气动阀门、电磁阀等组成，采用风动下料方式。制浆系统包括射流泵、射流造浆器、吸浆池、搅拌机等组成，采用射流造浆方式；跟踪控制计量系统由微机、计量螺旋机、电磁流量计、转换控制柜等组成。由电磁流量计计量产生的信号经转换放大后输入微机，微机根据标定的初始参数和浆料系数确定水泥下料量，由变频调速器调节计量螺旋机的转速，实现浆料的自动跟踪控制。

在量化指标的确定上，他们以钻孔密度、检查孔个数、单孔涌水量和见本灰水深度作为注浆效果评价的量化指标，并以注浆孔密度达到450 m2/孔，钻孔平均间距小于15m ； 检查孔个数占注浆孔个数的30%以上；检查孔单孔涌水量小于20m3/h；80%的

区段初见本灰水深度大于15m ，初见本灰水量小于3m3/h进行高承压岩溶含水层上带压开采下组煤量化评价，进而使底板注浆改造更好地实现了科学有效。

完善工艺 成熟煤层底板注浆改造技术

河北金牛能源集团葛泉矿9号煤层底板注浆改造技术上完善工艺和流程，并采用“动态分析法”进行效果评价，在“一薄、二强、三高”的水文地质条件下，较好地成熟了这一技术。

在注浆的工艺流程上，他们将钻探和注浆次序分为三个阶段，即均匀布孔，全面注浆；有针对性加密注浆；检验和补充注浆。并在注浆材料与配比上采用纯水泥浆液灌注，浆液浓度由稀到浓，结束时又略变稀，在吸浆量小于35L/min，稳定在20～30min 后即扫孔下钻进行下一孔段的注浆。注浆结束，对注浆孔予以封闭，并进行压水试验。为保证注浆工艺的顺利实施，他们还制定四方面技术要求。即：当注浆压力保持不变，吸浆量均匀减少或吸浆量不变，压力均匀升高时，注浆工作应持续下去，并不得改变水灰比；改变浆液水灰比后，如注浆压力突增或吸浆量突减，立即查明原因进行处理；注浆前后及注浆时都必须观测邻孔的水量、浑浊度及水位变化情况，以判断或发现钻孔串浆，便于及时处理；当注浆孔段已经用到最大浓度的浆液，吸浆量仍然很大，孔口压力无明显上升或发生底鼓及底板裂隙漏浆时，采用间歇式注浆仍然出现吸浆量不减，压力不升的情况下可以考虑添加速凝剂或注砂、碎石、石渣等骨料。

在注浆过程中，采用“动态分析法”对各阶段单孔涌水量、本灰导升高度、注浆量变化情况进行分析，在评价与总结上一阶段注浆改造效果的同时，对下一阶段注浆的重点区段、重点层段进行分析，根据分析结果适时调节钻孔布置的位置与方向，从而使实现本

溪灰岩含水层富水性变弱，单孔涌水量大幅度减少, 在后期检查孔注浆之前，整个工作面已经没有涌水量大于20 m3/h的钻孔；本溪灰岩水导升高度明显降低，75%的后期检查孔初见本灰水深度在15m 以下，初见本灰水量在3m3/h以下；单孔平均注浆量的迅速减少，水泥浆液已经占据了绝大多数储水空间，进而为工作面开采创造了条件。

综合1192工作面高承压岩溶含水层上带压开采下组煤防治水技术的研究成果的特点：克服了本灰与奥灰之间隔水层薄；奥灰岩溶发育，巨厚、富水性极强；本灰厚度大、岩溶裂隙发育、与奥灰之间存在水力联系，富水性较强；奥灰水压高、突水系数高、本灰导升高等“一薄、二强、三高”的水文地质特点，通过人工干预的方式补强隔水层的阻水性能，改造本溪灰岩含水层为相对隔水层，使1192工作面不发生底板突水得到避免，实现了安全带压回采。

磁县梓龙天成煤业有限公司主立井壁后注浆 来源: 中煤钻探注浆公司 加入日期:2010-3-3 点击率:213

磁县梓龙天成煤业有限公司主立井壁后注浆

该矿井位于河北省磁县岳城镇界内，界段营村西北约0.8km 处，北距峰峰矿区12.5km ，东距岳城镇3 km 。矿井筒设计净直径4.2m ，净断面积13.85m 2，井筒深度480m 。井筒支护形式：表土及基岩风化段175m （包括壁座1m ），采用冻结法施工，设计为双层素混凝土井壁，内外井壁厚度均为350mm ，混凝土强度等级为C 20；基岩段175m 至271m ，设计为单层素混凝土支护，支护厚度为350mm ，混凝土强度等级为C 20。271m 至480m 支护厚度为400mm ，混凝土强度等级为C 30。

在175m 至271m 主要为红砂岩及页岩，井筒涌水量约 10m 3/h。为了降低井筒涌水量、加固井壁，减轻下段施工的难度，保证注浆安全顺利进行，所以对单层井壁175m 以下至271m 段进行壁后注浆。

磁县梓龙天成煤业有限公司立风井壁后注浆工程注浆段高96m ，共布置27圈，每圈布置5个注浆孔，共计135个注浆孔。注浆孔深度为1.5m ～2m 。本次注浆量为73.18m 3, 其中水泥56.05m 3、水玻璃为

17.13m 3。注浆材料消耗：水泥42.85 吨, 水玻璃24.95吨。注浆工程结束后，实测涌水量为1 m3/h，符合合同要求。

磁县梓龙天成煤业有限公司立风井壁后注浆工程已全部竣工，经过甲方和监理单位进行验收，工程质量符

合《矿山井巷工程施工及验收规范》的要求，能满足安全生产的需要。

一、注浆方案

该井筒出水点不集中，井筒深，静水压力较小，出水点多。因此，给注浆带来一定难度，采用直接对井壁注浆，分两步进行。第一步先注含水层；第二步补注出水点。这样封堵后一定距离的全部含水层裂隙。切断含水层与井壁之间的水力联系，进而达到降低涌水量，加固井壁的目的。

1、注浆总形式：注浆总体形式采用上行式。即先注最下段，然后依次向上；最后补注独立出水点，完成整个注浆任务。

2、注浆起止深度：主井壁后注浆深度为220m 。重点注浆部位是：

（1）第四系上部流沙层段；（2）侏罗系中部中粒砂岩段；（3）侏罗系下部砾岩层段

3、钻孔布置及工程量：

（1）钻孔布置方式：本次注浆以堵水为目的，且以堵含水层水为主要对象。由于涌水量较为分散，裂隙连通较强，钻孔布置呈层状，钻孔间排距3m×3m ，需布置钻孔50个，机动钻孔10个。共需布置注浆钻孔60个。（2）钻孔深度：每个钻孔设计深度为0.7m 左右（穿过井壁），钻探工程量50m 。

（3）钻孔结构：开孔直径为35㎜，钻孔深度以穿过井壁揭露出水通道为止。钻孔完成后紧接着把准备好的孔口管连同阀门一起插入孔内并快速固结。（4）钻孔倾角：钻孔布置以平角为主，其它根据现场实际情况而定；钻孔方向垂直井壁。

4、浆液

本次注浆采用以单液浆为主、双液浆为辅的原则，对于含水层出水大的地段采用双浆液注浆。

二、二、施工准备工作

1、设备准备：

（1）注浆泵：壹台；（2）立式搅拌机：壹台；（3）普通凿岩机：二部；（4）压力表：5块；（5）高压输浆胶管300m ，风管200m ，并配有快速接头和变径接头；（6）高压三通4个，孔口器4个，1吋孔口管50个，1吋阀门20个，混合室4个，道钉100根，棉纱5公斤。

2、注浆站布置：根据施工现场情况，注浆站布置在井口附近。准备好两个储浆矿车，一个存清水，全套注浆设备均布置好。

3、钻场和注浆现场均放在吊盘上，运料用吊桶。

4、供水、供风、供电与通讯设备

（1）用矿自来水作为供水源，建造一个5m3储水池。（2）引用专用供电线路，施工时严禁停电。（3）建立地面与注浆现场直接联系电话，井上有矿调度直通电话。（4）矿单接供风供水管路，用绞车吊挂。

5、打压试验：注浆系统安装完成后，首先进行空转，发现问题及时处理，其后进行加水打压试验，压力达到设计终压（17mpa ）的1.5倍，稳定10分钟，没有异常，即结束试验。

6、糊缝：注浆前要仔细寻找出水缝隙和井壁相对质量较差地段，并挖槽，用水胶泥封堵裂隙，采用“V”型槽，不坚固井壁全部挖出，并封堵严密，糊缝水泥、水玻璃比采用1：1~1:0.5。

三、三、钻孔钻进

钻孔采用普通凿岩机钻进，用孔径为35㎜钻头开孔，钻到设计深度。

四、注浆工艺

1、工艺流程

单个孔的注浆工艺流程：开孔—安装孔口管—扫孔并钻到设计深度—测量涌水量—压力试验—制备浆液—注浆—结束注浆—清洗注浆管路。

整个工艺流程：首先布置注浆站、安装设备、试验、调整设备、挖补裂隙和井壁漏水不坚固地段，然后才能正式开钻。

2、压水试验

各孔注浆前首先进行压水试验，目的在于检查注浆管路是否符合注浆要求，以了解岩层富水性，压水试验持续15分钟左右。依此推断注浆有关参数。

3、注浆压力

根据实际情况，考虑井壁质量问题，一般采用静水压力的1.5~2倍，最大注浆压力控制在0.3Mpa 。

4、注浆控制：由稀到浓，一般不调整，当压力不回升而吸浆量增大时，才进行调整。

5、注浆结束标准：单孔达到设计压力，并持续10分钟不吸浆，含水层已无出水点，井壁无渗水现象，涌水量控制在1m3/h以下。

五、注浆材料与浆液配比

1、单液水泥浆

采用P.C32.5R 鲁宏复合硅酸盐水泥搅拌3~5分钟，即可放浆。

2、用量计算

参照已往注浆参数及国外壁后注浆经验，每孔注浆量平均为0.2m3，每孔糊管量20kg 计，共需水泥10吨，另外补注需水泥2吨。

六、其它技术注意事项

1、注意测量钻孔中的涌水量，并做好记录。

2、注浆前先进行空荷运转，并按设计进行打压试验。

3、注浆时必须观测井壁变化，发现有漏浆时，要根据现场情况采取切实可靠措施。

4、浆液浓度现场配制，搅拌浆液不早于注浆前20分钟。

5、向孔里压浆必须做到使裂隙及空隙完全充实，并使之不再漏水。由初压逐步过度到终压，不能突然增压。

6、当达到规定注浆压力时，持续10分钟即停止注浆。

7、浆液凝固后，打开注浆阀门，如有水溢出，尽管很微小，也需要重新扫孔再注浆。

8、做好注浆过程中有关记录。

9、注浆间歇或注浆结束必须冲洗注浆管路。

10、严格按照注浆泵、凿岩机等操作要求进行操作及维护。

11、注浆过程中要密切观测井壁变化，发现井壁变形，必须立刻停止注浆，打开泄浆阀，查明情况，妥善处理。