李雁川

（山西晉煤集團技術(shù)研究院有限責任公司，山西 晉城 048006）

1 礦井及主要出水點概況

山西煤炭運銷集團華陽煤業(yè)有限公司屬于基建礦井，3號煤層基本采空，9號煤層東部、南部已采空，僅剩西北部尚未開采，15號煤層井田東北部原常莊煤礦已開采?，F(xiàn)準備開采15號煤層。

現(xiàn)在礦井每天排水1200m3左右。主要出水水源有兩處，一處為總回風大巷距1#永久導線點983m處鉆孔出水，另一處為15#煤運輸大巷距總回風大巷以西60m處鉆孔出水。如圖1所示。這兩處出水水源均為K2灰?guī)r巖溶水，且長期無法排盡。為保障礦井安全生產(chǎn)并降低礦井排水費用，特編制本注漿堵水方案。

2 施工方案

2.1 施工程序

（1）礦井水源主要來自井田東部，故在總回風大巷、15煤回風大巷及15101工作面運輸順槽內(nèi)布置注漿鉆孔并注漿，截斷礦井東部補給水源。

（2）注漿堵水工程結(jié)束后布置檢驗鉆孔，檢驗注漿堵水效果。

2.2 鉆孔設計

（1）注漿堵水鉆孔設計

使用鉆機在礦井總回風大巷、15煤回風大巷及15101工作面運輸順槽內(nèi)每隔20m布置一個注漿鉆孔，向東覆蓋煤柱幫以外20m范圍。注漿鉆孔位置及擴散范圍如圖2所示。

圖1 華陽煤業(yè)15煤主要出水點示意圖

圖2 注漿鉆孔位置及擴散范圍示意圖

本次注漿鉆孔共設計96個，其中1～8號鉆孔布置在總回風大巷內(nèi)，9～43號鉆孔布置在15煤回風大巷內(nèi)，44～96號鉆孔布置在15101工作面運輸順槽內(nèi)。注漿鉆孔剖面圖如圖3所示，具體鉆孔參數(shù)見表1。

圖3 注漿鉆孔剖面圖

表1 注漿鉆孔參數(shù)

（2）檢驗鉆孔設計

待注漿鉆孔施工完畢后，在總回風大巷、15煤回風大巷及15101工作面運輸順槽內(nèi)每隔20m布置一個檢驗鉆孔，垂直向上打鉆檢驗注漿堵水效果。檢驗鉆孔布置范圍如圖4所示。

本次檢驗鉆孔共設計96個，其中1～8號鉆孔布置在總回風大巷內(nèi)，9～43號鉆孔布置在15煤回風大巷內(nèi)，44～96號鉆孔布置在15101工作面運輸順槽內(nèi)。如果檢驗孔出水，要進行注漿封堵。檢驗鉆孔剖面圖如圖5所示，具體鉆孔參數(shù)見表2。

圖4 檢驗鉆孔布置圖

圖5 檢驗鉆孔剖面圖

表2 檢驗鉆孔參數(shù)

3 鉆孔工藝

注漿鉆孔鉆進采用ZDY1250液壓鉆機，配套Φ50mm×1000mm鉆桿，鉆頭為Φ75mm三翼復合片鉆頭，鉆孔成孔直徑為Φ75mm，擴孔采用Φ113mm擴孔鉆頭。開孔孔徑Φ113mm，下外徑Φ108mm止水套管，長度6m，凝固后固管試壓4MPa，持續(xù)時間不少于0.5h。

檢驗鉆孔鉆進采用MYL2-250/400液壓履帶錨桿鉆機，配套B19/B22鉆桿，鉆頭為Φ32mm，下外徑Φ25mm止水套管，長度6m，凝固后固管試壓2MPa，持續(xù)時間不少于0.5h，然后注漿封堵。

4 注漿工藝

4.1 單孔注漿量預計

根據(jù)單位吸水量和巖石裂隙率，結(jié)合注漿擴散范圍，采用下面公式計算單孔注漿量：

V=AHπR2ηβ

式中：

V-單孔漿液預計注入量，m3；

A-漿液消耗系數(shù)，一般取1.2～1.3；

H-注漿段巖溶裂隙層厚度，m；

R-漿液有效擴散半徑，m；

η-巖溶裂隙率，%；

β-漿液充填系數(shù)，為0.7～0.9。

本次注漿工程中，漿液消耗系數(shù)A取1.2，注漿段巖溶裂隙層厚度H取10m，漿液有效擴散半徑R取10m，巖溶裂隙率η取3%，充填系數(shù)β取0.7，計算得單孔漿液預計注入量V大約為79m3。

4.2 注漿原則

鉆進過程中出水即注，待鉆孔不出水后，繼續(xù)鉆進直至目的層位。注漿鉆孔注漿壓力為4MPa，檢驗鉆孔注漿壓力為2MPa，保持壓力持續(xù)15min，然后關(guān)閉閥門，保壓待凝。

4.3 注漿要求

（1）注漿主要采用ZBYSB320/8-22型煤礦用液壓注漿泵，配合LJ-300型攪拌機進行，注漿材料主要采用42.5#普通硅酸鹽水泥，必要時可加入適量的三乙醇胺（0.03%～0.05%）做早強劑。

（2）采用孔口壓注的方式，由淺到深，連續(xù)性注漿。

（3）注漿加固充填治理要達到階梯性的預期效果，施工順次根據(jù)實際的地質(zhì)條件變化優(yōu)化鉆孔布置位置參數(shù)和鉆孔數(shù)量。各鉆孔施工及注漿順序按鉆孔編號依次施工，除放水、泄壓、觀察孔外，原則上遇水即注，打一個注一個，由低壓向高壓逐級過渡，最終達到設計注漿壓力。

（4）在通道正常的情況下注漿，注漿濃度要合理配置，不宜過稀或過濃，漿液水灰比應控制在0.6:1～1.5:1，具體濃度視鉆孔注漿情況確定，可現(xiàn)場調(diào)試。

4.4 防跑漿措施

注漿過程中，專人來回巡查，發(fā)現(xiàn)跑漿，根據(jù)不同情況立即采取加大漿液比重、添加固料、雙液注漿、間歇注漿、跑漿處局部封堵、導水管跑漿關(guān)閥門等措施。

（1）注漿前，對鉆孔進行壓水，主要目的是疏通注漿管路及孔內(nèi)巖石裂隙、測定單位受注層段吸水率。

（2）調(diào)試漿液開始按規(guī)定壓力注漿，注漿期間現(xiàn)場交接班，保障注漿機器連續(xù)運轉(zhuǎn)，注漿量根據(jù)實際情況定量。

（3）當注漿壓力保持不變，吸漿量均勻減少時，或當吸漿量不變，壓力均勻升高時，注漿工作應持續(xù)下去，一般不得改變水灰比。

（4）一般注漿工作必須連續(xù)進行，直至結(jié)束。

（5）泵量穩(wěn)定在40～60L/min，注漿孔孔口壓力達到終孔壓力技術(shù)要求，持續(xù)時間不低于30min，即可結(jié)束注漿。

5 堵水效果

（1）本次注漿堵水工程共施工注漿鉆孔106個，其中，前期96個，后期加密10個。鉆探總進尺1534m，注入水泥748t，從而使注漿面積達到20000m2，注漿孔密度達到188.7m2/孔，鉆孔平均間距達到18m左右。

（2）本次注漿堵水工程共施工檢驗鉆孔105個，檢驗鉆孔總進尺1050m，注入水泥6t，除總回風大巷和15煤回風大巷局部低洼處少量出水外，其余檢驗鉆孔均無明顯出水。

（3）通過本次注漿堵水工程，將井田內(nèi)東部大部分來水阻擋在了注漿段以東區(qū)域，礦井排水量減少至200m3/d左右，大大降低礦方排水費用，保證了礦井安全生產(chǎn)。